Три важных вопроса на пути создания интеллектуального нефтяного месторождения

Опубликовано в номере:
PDF версия
Цены на нефть падают, а цены на обслуживание добывающего сектора, наоборот, растут, из-за чего страдает экономика нефтедобывающих стран, в значительной степени зависящих от добычи нефти. Однако существует возможность повысить эффективность разработки нефтяных месторождений, используя уже существующие сети на устье скважины, — благодаря интеллектуальным системам.

Введение

По сравнению с 2014 г. цены на нефть упали на 50%, поэтому нефтяным компаниями приходится сокращать заработные платы, чтобы внедрить современные технологии. На площадках нефтедобычи очень важно, помимо вопросов безопасности и устойчивости системы, учитывать преимущества обработки информации с полевых устройств, а также с Ethernet- и беспроводных сетей. Компании, работающие в сфере нефтедобычи, постоянно ищут способы сокращения затрат на автоматизацию устья скважины, стараясь при этом соблюсти меры безопасности, которые так важны для нефте­газовой отрасли.

Существует три основных фактора, влияющих на реализацию интеллектуальных сетей на нефтяных месторождениях:

  • безопасность;
  • модернизация устаревших систем;
  • обработка данных в режиме реального времени.

За исключением некоторых аспектов безопасности, данные факторы направлены на достижение сокращения издержек производства и увеличение эффективности работы компании.

На сегодня в интеллектуальных системах нефтяных месторождений все больше внедряются промышленные сети и беспроводные преобразователи.

Из-за низких цен на нефть для большей части промышленности необходимы новые способы получения максимального результата от уже существующих сетей на устье скважины. Достичь этого стало возможным благодаря беспроводным и Ethernet-сетям в интеллектуальных системах оповещения, внедрению более совершенных средств управления ресурсами и возможности анализа работы основных устройств в режиме реального времени. Ethernet- и беспроводные устройства помогают установить логическую связь между SCADA-системой и датчиками, что обеспечивает максимально расширенное решение по сравнению с устаревшими последовательными сетями.

 

Безопасность

Очень важным фактором при создании интеллектуальной сети на нефтяном месторождении является вопрос безопасности. Широко распространенные Ethernet- и беспроводные технологии, обеспечивающие процессы автоматизации сети, вызывают сомнения в надежности, кибербезопасности и соответствии новым технологиям. Операторы сети понимают, что усовершенствование сети и соединения между устройствами на местах и центром управления способно обеспечить значительную экономию средств и повысить эффективность, но вопрос остается открытым: безопасно ли это?

Благодаря промышленным маршрутизаторам, беспроводным и периферийным системам контроля и резервирования, управление основными средствами сети значительно улучшилось, что обеспечивает максимальную степень надежности сети, являющейся важным условием для большинства операций на нефтяных месторождениях.

Резкое падение цен на нефть заставило компании сократить все малоэффективные части систем. Это стало толчком для перехода от простых последовательных сетей к интеллектуальным расширяемым сетевым технологиям. В связи с чем многие нефтяные компании осознали, что промышленные сетевые технологии, такие как промышленные маршрутизаторы и беспроводные преобразователи, не просто предлагают больше инструментов для повышения эффективности производства, но и обеспечивают максимальную безопасность в эксплуатации. Кроме того, поставщики промышленного оборудования предлагают готовый или почти готовый функционал для внедрения в существующие распределенные системы управления (DCS) или SCADA-системы. Промышленные беспроводные технологии и преобразователи позволяют осуществлять удаленное управление и контролировать состояние всех устройств на периферии сети. Сигналы аварийной сигнализации и не соответствующие норме данные со скважины могут быть отображены в режиме реального времени, что значительно снизит риски выхода системы из строя. Технология промышленной маршрутизации связывает между собой операции от центра к центру, поддерживая надежную защиту межсетевого экрана в сочетании с расширенной полосой пропускания для потенциального подключения вспомогательных средств.

Для предотвращения человеческих ошибок и облегчения интеграции новых устройств в существующую SCADA-систему должны быть обеспечены создание развернутой интеллектуальной сети периферийных устройств и готовая для эксплуатации система. Кроме того, необходимо найти поставщика, который сможет предложить промышленный маршрутизатор с пропускной способностью до 500 Мбит/с, чтобы сеть поддерживала увеличение количества устройств в будущем и работу сети с высокой пропускной способностью — например, сети видеонаблюдения на удаленных объектах устья скважины. Сочетание простоты использования и поддержки VPN/Firewall/NAT обеспечит надежность интеллектуальной сети на нефтяных месторождениях. Компания Moxa предлагает серию универсальных защищенных промышленных маршрутизаторов (рис. 1).

Рис. 1. Обеспечение надежности интеллектуальной сети с помощью защищенных промышленных маршрутизаторов Моха

 

Модернизация устаревших систем

Если бы после падения цен на нефтяном рынке в 2015 году появился бы хоть один положительный результат, было бы интересно посмотреть, как он повлиял бы на отрасль в вопросе улучшения эффективности существующих процессов. Это привело к появлению и увеличению использования Ethernet-сетей и беспроводных технологий для модернизации устаревших DCS-сетей, что позволило улучшить управление ресурсами и расширить применение основного оборудования. Согласно исследованию, проведенному в 2015 году компанией Cisco Consulting Services, «80% компаний нефтегазового сектора увидели, что большая часть роста инвестиций происходит за счет улучшения операционной эффективности существующих проектов и резервов с использованием интеллектуальных сетевых технологий как центрального средства максимальной рентабельности инвестиций в автоматизацию устья скважин в данный момент».

Управление ресурсами и модернизация устаревшей системы являются одними из самых важных факторов, отличающих успешные компании от неуспешных. Промышленные беспроводные и Ethernet-сети создают возможность управления и контроля ресурсов на периферийных участках устья скважины с учетом ограниченных средств на развертывание и небольшого штата сотрудников. Более того, внедрение и увеличение числа беспроводных и Ethernet-устройств обеспечивают совместимость с различными сетевыми протоколами, таким образом максимально расширяя параллельную разработку сенсорных технологий и IP SCADA. Доступ к протоколам периферийных устройств может быть увеличен благодаря преобразователю протоколов компании Moxa (рис. 2).

В современных нефтяных системах устаревшие устройства используют различные интерфейсы, в том числе цифровые входы/выходы (DIO), RS-232/422/485, Ethernet и USB. Если поставщик сетевых решений предлагает сетевое подключение, учитывающее подобные интерфейсы, гораздо проще расширить уже существующую инфраструктуру DCS-сети.

Рис. 2. Преобразователь протоколов Моха

Например, связь между полевым управлением и датчиком уровня часто теряется, прерывая передачу данных между диспетчерской и всеми счетчиками на каждой скважине, насосе и нефтепроводе. Важная информация со счетчиков на устье скважины часто бывает полезна только на месте, поэтому можно с помощью удаленного доступа ограничить анализ в режиме реального времени и управление операциями на устье скважины. Этот сценарий объясняется тем, что большинство ведущих производителей средств автоматизации вложили значительные средства в развитие SCADA и сенсорных технологий, игнорируя связь между ними. Данные в огромных количествах получаются и генерируются на уровне периферийных устройств и на каждом устье скважины. Технологии SCADA на уровне центра управления становятся более эффективными, аналитическими и прогрессивными. Однако из-за невозможности с минимальными затратами развернуть линию связи с уже существующими между SCADA-системой и датчиками сетевыми протоколами в условиях ограниченного пространства, главной задачей, существовавшей еще до появления промышленных сетей, является альтернативный путь модернизации устаревших DCS-систем.

Сегодня на чрезвычайно активном рынке нефти, как правило, невозможно найти способ обновления всей сети целиком. На площадках старых нефтяных месторождений изменения системы DCS должны происходить постепенно и продуманно, с использованием промышленных беспроводных устройств и интеллектуальных Ethernet-преобразователей. Уделив пристальное внимание инвестициям в промышленные сети, можно помочь операторам подключить все устаревшие устройства друг к другу и к центру управления. В частности, установка дополнительных ретрансляторов на устье скважины позволит максимально быстро разместить устройства сети в местах, еще не подключенных к сети, что значительно сэкономит время и расходы на ввод в эксплуатацию и дальнейшее обслуживание.

Обработка данных в режиме реального времени

В отличие от линейных систем связи, предназначенных для передачи данных и измерения электроэнергии, системы нефтегазовой области перегружены информацией. В условиях высоких нагрузок, экстремальных температур, необходимости защиты очистных сооружений и высоких темпов производства большое значение на стадии добычи нефти имеет объем данных, генерируемых еже­минутно. Поэтому было очень важно найти способ и средства для подключения источника этих данных, датчика, к управляющей SCADA-системе.

В системах нефтяных месторождений сведения генерируются на уровне датчиков с ограниченными режимами передачи от самого устройства к центру управления. Режимы передачи данных варьируются от ограниченной передачи до отчета на месте, написанного от руки. Аналогичным образом передача данных в морских системах зависит от сигнала спутниковой связи, порой процесс передачи, сбора и обработки информации может занимать несколько дней. Словом, интеллектуальные нефтяные системы — это не слишком новая концепция, использующая созданные и протестированные способы подключения.

В проведенном в 2015 году опросе ведущих нефтегазовых компаний 48% респондентов обозначили понятие «данные» как основную область, требующую улучшений, для эффективного использования технологий связи.

Для продуктивного управления постоянно увеличивающейся нагрузкой данных, производимых интеллектуальными датчиками на нефтяных месторождениях, необходимо применять эти сведения для создания команд в режиме реального времени. Только промышленная сеть может поддерживать обработку данных в реальном времени. Компания Moxa и другие компании, работающие в промышленном секторе коммуникационного оборудования, создают для интеллектуальных месторождений нефти устройства, которые позволяют соединить решения прикладного уровня с большим количеством датчиков, распределенных по всей территории нефтяного месторождения.

 

Интеллектуальная модель завершенности нефтяного месторождения

Концепция интеллектуального нефтяного месторождения — это технология, которая, как правило, гораздо более эффективна и безопасна, чем обычные системы, опирающиеся исключительно на последовательную связь и соединение по полевой шине. Традиционное нефтяное месторождение, будь оно маленькое, среднее или большое, изобилует датчиками системы и клапанами управления, производящими огромные потоки данных каждую минуту.

Лидеры отрасли и системные операторы месторождения задаются вопросом, как безопасно и надежно можно использовать эту информацию для снижения себестоимости добычи и увеличения объемов:

  • Если бы эти данные могли быть безопасно получены, объединены и проанализированы в режиме реального времени, могли бы они надежно связать мою SCADA-систему с полевыми устройствами?
  • Если я создам беспроводную и Ethernet-сеть в рамках существующей DCS-системы, смогу ли я продлить срок службы удаленных устройств?
  • Сможет ли это помочь мне повысить производительность при более низких эксплуатационных расходах и сократить время восстановления системы после сбоев?
  • И наконец, оправдает ли это вложенные средства?

Ответы на все вопросы — да. Тем не менее проблемы внедрения интеллектуальных систем связи в сфере нефтедобычи заслуживают нашего внимания.

IBM Center for Applied Insights наглядно демонстрирует этот момент в своей модели завершенности приборного обеспечения процесса, в которой отражена максимальная окупаемость инвестиций для получения средств, расширения и оптимизации основного оборудования (рис. 3).

Рис. 3. Модель завершенности приборного обеспечения процесса (IBM Center for Applied Insights)

Инвестиции в современные контрольно-измерительные технологии и сенсоры не обеспечат ожидаемой рентабельности, если данные не будут доступны в приложении или на уровне управления операциями. Постепенно увеличивая способность собирать информацию с месторождения, интеллектуальная система должна научиться ее интегрировать, а также переводить в события и оповещения. Также должна быть возможность на описанном уровне запросить и зарегистрировать данные для анализа и составления модели на контрольном уровне. Только на этом этапе может быть достигнута максимальная оптимизация основных средств.

Больше интеллекта — больше результат

Лидеры нефтедобывающей отрасти, как крупные, так и мелкие, прекрасно осознают преимущества интеллектуальных систем на месторождениях и инвестиций в технологии промышленного «Интернета вещей» (IIoT) в данной отрасли. Например, по сведениям компании Shell oil, в период с 2002 по 2009 год, благодаря внедрению интеллектуальных технологий на 50 нефтяных месторождениях, прибыль достигла $5 млрд. В 2010-м компания Chevron внедрила в свою систему собственную интеллектуальную технологию iField, что привело к экономии на эксплуатационных затратах на 2–8%.

Согласно Oxford Economics, «внедрение технологии IoT в нефтегазовую промышленность может увеличить глобальный ВВП на 0,8% ($816 млрд) к 2025 году.

Одновременно с понижением цен на нефть и дальнейшим развитием беспроводных и Ethernet-сетей такие компании, как Moxa Inc., расширяют возможности нефтедобывающего сектора, предлагая устройства для преобразования существующих последовательных сетей, в частности Modbus TCP, в сети PROFINET, 3G, 4G Wi-Fi и Ethernet. Расширение сетей нефтяных скважин с применением периферийных устройств стало более доступным и быстрым, чем когда-либо раньше, благодаря надежным промышленным беспроводным технологиям. Интеллектуальная система нефтяного месторождения сейчас становится осознанной необходимостью, ведущие нефтяные и газовые компании рассматривают переход на интеллектуальные системы как средство сокращения операционных расходов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *