Иновативни технологии в нефтената и газова индустрия

B наши дни иновациите бързо навлизат във всички сфери на индустрията, включително в сектори, в които работите с десетилетия са се извършвали по един и същи начин. Не прави изключение и нефтената и газовата индустрия, където съвременните технологии не само правят процесите по-ефективни и лесни за изпълнение, но и цялостно променят глобалния пазар на течни изкопаеми горива.

Днес в сондажа и добива на нефт и природен газ се използват роботизирани системи, гъвкави сонди, комплексни софтуерни и хардуерни технологии и редица други съвременни технологични решения, които оптимизират операциите и производителността и подобряват възможностите за мониторинг и контрол.

Подобен технологичен бум индустрията преживява през 60-те години на миналия век, когато втечняването на природен газ за първи път позволява компресирането му до 1/600 от обема на изходния продукт. Това дава възможност на компаниите в сектора да транспортират добития газ до отдалечени локации, без да са зависими от физическата газова инфраструктура.

Днес технологиите се развиват все по-бързо, за да компенсират постепенното изчерпване на ограничения ресурс. Те са насочени към оптимално оползотворяване на разработените находища и осигуряване на достъп до залежи от въглеводороди в трудно достъпни локации. Сериозен фокус инженери, разработчици и производители на технологии в областта поставят върху все по-интелигентни съвременни решения за сондиране, добив, рафиниране и транспортиране на течните и газообразни въглеводороди.

Безплатформен сондаж

През последните години се правят все повече опити за разработването на технологии, които да елиминират зависимостта на операциите по проучвателен сондаж и добив на нефт и природен газ от неизменните досега платформи. Сред последните технологични иновации са подводните компресорни системи, които изключват нуждата от строежа на гигантски, скъпи и времеемки конструкции над повърхността.

Вместо това всички необходими конструкции и оборудване могат да бъдат монтирани директно към морското или океанското дъно. Такива технологии значително улесняват и ускоряват добива на нефт и природен газ, а ползите от все по-масовото има прилагане могат напълно да компенсират разходите за закупуване и инсталация на новите системи в дългосрочен план. В допълнение, значително намаляват и експлоатационните разходи.

Такава подводна инсталация от няколко години функционира в Норвегия, като ефективността на добива от безплатформеното съоръжение се е увеличила от 49 на 55%.

Много компании в сектора все още разчитат на конвенционални платформи и плавателни съдове за технологично и енергийно обезпечаване на операциите.

С развитието на безплатформения сондаж обаче съоръженията ще стават все по-автономни и ще могат да бъдат захранвани и управлявани директно от брега, вместо да зависят от спомагателни конструкции и плавателни средства.

Роботизирани системи и решения за автоматизация

Технологичният напредък в роботиката постепенно обхваща и нефтената и газовата индустрия, където внедряването на роботи може коренно да промени технически и морално остарелите технологии.

В допълнение, заместването на човешката дейност с роботизирани операции повишава безопасността за персонала и практически елиминира риска от човешка грешка. Роботите се отличават с висока прецизност и възможност за пълна повторяемост и проследяемост на действията, като осигуряват и много по-висока скорост на извършваната работа.

Интелигентни роботизирани системи биха могли да заместят служителите не само при експлоатиране на оборудването, но и при вземането на решения, както и в мониторинга и наблюдението на съоръженията.

Редица компании вече изпробват роботизирани технологии за различни операции, като в експлоатация са например плаващи роботи със соларно захранване и с тегло малко повече от 100 кг, които "патрулират" около офшорните съоръжения и осъществяват ефективно наблюдение отблизо на работата, без да е необходимо това да се контролира от оператор.

Друго иновативно решение са микророботи, които се използват за инспекция на тръбопроводите и са в състояние да изпращат данни и изображения в реално време към централизирана контролна система. Така те улесняват експлоатацията и поддръжката, както и отстраняването на аварии без нужда от време- и разходоемки инспекции от техници.

Интелигентни системи се използват все по-масово и за автоматизация на съоръженията, като съвременните софтуерни и хардуерни технологии позволяват ефективна комуникация между отделните системи и възможност операциите да бъдат извършвани изцяло на "автопилот".

Системи за събиране и обработка на данни

Мащабните операции по добив на нефт и природен газ изискват и мащабни системи за мониторинг и контрол на процесите. Нефтената и газовата индустрия винаги до голяма степен е зависела от събирането и анализирането на информация с оглед високорисковите и скъпи операции и сложността на оборудването.

Наличието на достатъчен за адекватен анализ обем данни е ключово още на фаза проучване, тъй като мащабът на сондажните и добивните дейности изисква прецизна икономическа обосновка преди инициирането им, а изкопаването само на един кладенец на погрешно място може да коства на компаниите милиони долари. Това важи в особена степен за офшорните потенциални добивни локации, където разходите за екстракция са още по-високи.

Съвременните технологии за събиране на данни позволяват инсталиране на измервателни уреди и системи в различни ключови зони, изпращане на информацията към специализиран софтуер, който обработва, анализира и архивира данните и дава възможност за цялостен мониторинг, включително прогнозен.

Тези възможности улесняват експлоатацията и поддръжката, редуцират времето за реакция при настъпили или потенциални аварии и намаляват разходите за извършване на операциите, като същевременно значително повишават ефективността им. Възможни решения са сензори, монтирани на оборудването за екстракция и проучвателните сонди, буйове, които отчитат стойностите на различни параметри и изпращат сигнал към софтуера чрез радио- или GSM комуникация, както и технологии за висококачествени (включително триизмерни) електромагнитни и микросеизмични изображения.

Най-голямото предизвикателство пред всички тези системи е прогнозното моделиране на операциите, за да е възможно максималното им оптимизиране и елиминирането на потенциални проблеми.

Интересна и иновативна технология, която би могла да бъде използвана за ефективно събиране и обработка на данни в нефтената и газова индустрия, е разработена от учени от Калифорнийския университет. Системата, наречена "Smart dust", включва милиони сензори с големината на оризово зърно, базирани на микроелектромеханични системи (MEMS). На теория те могат да бъдат разпръснати по цялото земно кълбо и да се превърнат в глобална мрежа за събиране на информация в реално време, която да комуникира с мащабна база данни, достъпна от всички платформи и рафинерии по света.

Подобни технологии в по-малък мащаб активно се разработват през последните години, а много компании вече ги използват на практика, за да оптимизират операциите си. Предвид огромните ползи от внедряването на такива технологии, те се отличават с висока разходна ефективност в дългосрочен план, въпреки високата първоначална цена за закупуване и инсталиране.

"Супер бактерии" се борят с петролните разливи

Освен инженери, специалисти по роботика, геолози, статистици и химици, в съвременната научноизследователска дейност в областта на технологиите за добив на нефт и газ се ангажират и все повече биолози. Причина за това е потенциалът за прилагане на различни технологии, използвани в пречиствателните станции за отпадъчни води например, в нефтената и газова индустрия.

Сред най-иновативните разработки в областта е процес за елиминиране на петролни разливи чрез т.нар. супер бактерии. Досега за тази цел се използваха специални химикали, които разлагат нефта до съставните му въглеводороди.

Като заместител на тази технология, която има своите значителни недостатъци, учените генетично са изменили два вида бактерии, които могат да разлагат въглеводородите до мастни киселини. Някои от тези модифицирани бактерии могат да запазят активността си при много ниски температури, което означава, че технологията може да бъде използвана дори в полярните райони.

Същността й се състои в просто ускоряване на естествени природни процеси, но ефектът от прилагането й би бил огромен. Засега технологията е все още на фаза лабораторна разработка и предстои да бъдат решени много предизвикателства преди успешното й и масово прилагане на практика.

Лазерно сондиране

Все по-активно се търсят нови приложения на лазерните технологии, които цялостно промениха науката и индустрията. Лазерите притежават значителен потенциал за оптимизиране на разнородни операции, свързани с рязане, пробиване и сондиране. Това насочва учените и инженерите към разработка на лазерни технологии за сондаж на нефтени кладенци.

Ако такава технология в бъдеще стане икономически жизнеспособна и получи мащабна пазарна реализация, това със сигурност ще промени нефтената и газовата индустрия завинаги, многократно увеличавайки възможностите за добив.

Лазерното сондиране е изцяло нов подход към тази иначе добре развита операция. Технологията е базирана на трансфер на монохроматична, кохерентна светлина по познатия физичен принцип, по сноп оптични влакна в лазера от върха му към повърхността. Светлината е с изключително висока насоченост, която се постига чрез преминаването й през серия от лещи.

Учените вярват, че иновативното приложение на тази вече утвърдена технология ще допринесе за пробиване на скалната маса в пъти по-бързо от конвенционалните методи. Това значително би разширило възможностите за екстракция и би намалило разходите за сондаж на кладенци.

Друго предимство на лазерната технология е, че може ефективно да пробива дори скали с много висока твърдост, без износване на скъпи сондажни машини и компоненти и без продължителни прекъсвания на операциите за подмяна на сондажните свредла.

Допълнителна възможност на лазерното сондиране е способността на лазера леко да разтопява повърхността на стените на сондажния кладенец така, че да бъде елиминирана нуждата от монтаж на стоманени обшивки отвътре.

Лазерните сондажни системи биха могли да включват и различни типове сензори и технологии за събиране на информация (включително изображения в реално време), която по оптичния сноп да бъде изпращана обратно към процесора на системата.

Технологии за 3D подповърхностни изображения

С цел повишаване на качеството на събираната информация и по-висока ефективност на проучвателните дейности в нефтената и газова индустрия, учени са разработили иновативна система за подповърхностен 3D мониторинг, която осигурява висококачествени изображения на базата на последните достижения в геоложките и геофизичните образни технологии.

В комбинация със съвременните възможности на компютърното моделиране, иновативната система събира, обработва и анализира електромагнитни данни, които превръща в 3D изображения с висока резолюция. Технологията позволява на операторите на проучвателни програми и съоръжения да проверяват дали в избраната локация наистина са налице залежи на въглеводороди, което значително намалява разходите на индустрията за напразно сондиране и спомага откриването и разработването на нови добивни локации.

Сеизмични образни методи отдавна се използват за идентифициране на геоложки структури, които индикират наличието на залежи на въглеводороди. Тези методи обаче допускат значителни грешки, тъй като трудно различават вида на откритата субстанция. Съвременните геофизични технологии използват електромагнитни сигнали, които са високочувствителни към разликите в съпротивлението на въглеводородите в сравнение с други вещества.

За да улеснят анализа на получената информация, учени от националната лаборатория Lawrence Berkeley в САЩ са разработили система за подповърхностна електромагнитна картография, базирана на усъвършенствани геофизични образни технологии и сложни компютърни алгоритми. По този начин се допълва и прецизира информацията, получавана чрез конвенционални електромагнитни проучвания в нефтения и газов сектор.

В основата на технологията е комплексен софтуер, който отговаря за обработката на получените данни от двата типа системи и превръщането й в детайлно 3D изображение. Технологията вече се използва в няколко големи нефтени и газови компании по-света, а внедряването й носи потенциални ползи на стойност милиарди долари за откриването и проучването на нефтени и газови находища.