IoT in Öl und Gas:Analyse von Technologie und Anwendungsfällen

Das Geschäft mit der Förderung und dem Transport von Öl und Gas ist voller Herausforderungen. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Unternehmen in dieser Branche ständig danach streben, Rohöl und raffinierte Produkte zu niedrigeren Kosten zu produzieren. Sie sind auch ständig bestrebt, den Wert ihrer bestehenden Vermögenswerte zu steigern und zu erweitern, während sie gleichzeitig nach neuen Öl- und Gasreserven suchen. Und die Umweltstandards werden immer strenger, was Transparenz im Betrieb und strengere Kontrollen bei Produktion und Vertrieb erfordert.

Um diese Herausforderungen zu meistern, denken Öl- und Gasunternehmen weltweit wieder kreativ. Bedenken Sie, dass Herausforderungen wie diese für die Öl- und Gasindustrie nicht unbedingt neu sind. In den letzten Jahrzehnten gab es einen großen Anreiz, die Effizienz zu verbessern und Ausfallzeiten zu reduzieren, was zur Implementierung von Dingen wie Predictive Analytics und Machine Learning geführt hat. (Einige würden diese als Teil des Internets der Dinge oder IoT einstufen, aber meine Definition von „IoT“ ist eine engere Definition und bezieht sich speziell auf verbundene Sensoren und Controller und alles, was dem vorgelagert ist – Dinge, die Daten erzeugen oder Maßnahmen ergreifen können basierend auf Befehl.)

Analysedaten sind jetzt einfacher zu erfassen dank IoT. Die Konnektivitätstechnologie verbessert sich, Sensoren sind billiger, Low-Power-Technologie ist verfügbar und Batterien können länger halten. All diese Entwicklungen bedeuten, dass Öl- und Gasunternehmen mehr Sensoren an mehr Orten einsetzen können, um Maschinen und Umgebungsbedingungen zu überwachen – insbesondere auf der „letzten Meile“, wo eine erschwingliche Konnektivität bisher keine Option war.

In diesem Artikel werden wir zunächst untersuchen, wie sich die traditionellen Überwachungsmethoden von Öl- und Gasunternehmen ändern. Wir werden uns dann mehrere Anwendungsfälle ansehen, in denen Low-Power-Wide-Area-Networks (LPWAN) eine einzigartige Hybridlösung für M2M-Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie bieten können.

Intelligente Öl- und Gasüberwachungsmethoden

Öl- und Gasunternehmen verfügen in der Regel über zahlreiche entfernte Anlagen, die überwacht werden müssen. Traditionell haben sie die folgenden Überwachungsmethoden verwendet:

• Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS)-Systeme. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um kabelgebundene IoT-Kommunikation, die häufig im industriellen Bereich eingesetzt wird. Die Herausforderung beim Sammeln von Daten mit Kabeln besteht darin, dass jemand diese Kabel verlegen muss, und dieser Prozess kann ziemlich teuer werden. Darüber hinaus ist die Architektur dieser kabelgebundenen Systeme komplexer. Sobald Sie also ein SPS-System erstellt haben, bleiben Sie dabei. Häufig verwenden diese Systeme serielle Kommunikationsstandards (wie RS-232 und RS-435).
• Satellitenkommunikation (wie Iridium und Inmarsat). Der Nachteil hierbei ist, dass Satellitenkonnektivität teuer sein kann. Da die Öl- und Gasindustrie jedoch traditionell einen großen Anreiz zur Fernüberwachung hatte, waren die Kosten oft gerechtfertigt.
• Physische Überwachung. Viele Öl- und Gasunternehmen tun immer noch, dass Einzelpersonen physisch herumlaufen und Füllstände und Messungen von Hand überwachen. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie relativ unkompliziert und einfach zu implementieren ist und dass es eine lange Schulungsgeschichte gibt, die mit dieser Methode einhergeht. Andererseits können die mit dieser Art der Überwachung verbundenen Zeit- und Arbeitskosten hoch sein, insbesondere an abgelegenen Orten (z. B. dort, wo sich viele Öl- und Gasquellen befinden).

Jede dieser Lösungen hat Vorteile und Überlegungen, die berücksichtigt werden müssen. Die wichtigsten Überlegungen sind:

• Preis: Die Kosten für die Einrichtung eines kabelgebundenen Systems sind in der Regel recht hoch.
• Komplexität: Satellitenüberwachung zum Beispiel erfordert oft zahlreiche Kommunikationsverbindungen, um Informationen zu liefern.
• Zeit: Die physische Überwachung von Öl- und Gasfeldern erfordert erheblichen Aufwand und Personal.

Da der Machine-to-Machine (M2M)-Markt in den letzten Jahren gewachsen und expandiert ist, versuchen einige Öl- und Gasunternehmen, das, was früher verkabelt war, drahtlos zu machen, um ihre Verbindungen weiter zu konsolidieren. Drahtlose IoT-Lösungen ermöglichen es diesen Unternehmen, Dinge eher ad hoc zu tun. Sie können beispielsweise 100 Sensoren in einem einzigen Brunnen hinzufügen und dann bei Bedarf weitere 1.000 Sensoren hinzufügen. Dies ist bei drahtlosen Technologien viel einfacher als bei SPS und anderen kabelgebundenen Systemen. Hinweis:Da der Prozess der Überwachung von Brunnen sehr komplex ist und viele bewegliche Teile (und viel Wert) haben, ist es möglicherweise nicht immer sinnvoll, drahtlose Technologie zu verwenden – selbst wenn sie verfügbar ist. Dies kann nur im Einzelfall entschieden werden.

Wie die IoT-Technologie die Öl- und Gasindustrie prägt

Die Öl- und Gasindustrie entwickelt sich noch weiter, wenn es darum geht, den vollen Wert des IoT auszuschöpfen; es hat Öl und Gas noch nicht so revolutioniert wie andere Industrien. Das IoT ist jedoch ist Dadurch wird es für Unternehmen viel einfacher, wichtige Informationen zu sammeln, was zu fundierteren Geschäftsentscheidungen geführt hat. Die vernetzte drahtlose Technologie hilft der Öl- und Gasindustrie:

• Optimieren Sie für effiziente Pumpaktivitäten.
• Pflege und Brunnen.
• Überwache Geräteausfälle und Gaslecks.
• Überwachen Sie Rohrdicke, Temperaturen und Erosion in einer Raffinerie.

Wireless IoT ermöglicht es Unternehmen, mehr Dinge mit Technologie auf Sensorebene zu überwachen, weniger Messungen von Hand vorzunehmen und mehr Daten und Informationen zu sammeln, um Geschäftsprozesse besser zu optimieren. Ich kann nicht sagen, was hinter den Kulissen mit Big Data passiert, aber ich kann die Tatsache bekräftigen, dass sensorgesteuertes IoT den Prozess der Erfassung dieser Daten erheblich vereinfachen kann.

Zum Beispiel ist es selbst für eine kleine Ölgesellschaft wichtig, eine solide Bohrlochoptimierung zu haben, um ihre Rentabilität zu steigern. Wenn das Unternehmen ein neues Bohrloch bohrt, muss es Chemikalien in das Bohrloch injizieren, um die Ansammlung von Gestein zu verhindern. Sobald das Bohrloch online ist und produziert, muss das Unternehmen einen Druckausgleich durchführen, sicherstellen, dass die Temperaturen korrekt sind, sicherstellen, dass es die richtigen Mengen an Öl fördert und so weiter. Wenn es mehr Datenpunkte über die mikroskopischen Bedingungen in einem Bohrloch gibt (von Temperaturen, Drücken, Geschwindigkeiten, chemischen Zusammensetzungen, Viskosität usw.), kann das Unternehmen die erforderlichen Daten sammeln, Analysen nach der Produktion durchführen, Strom und zukünftige Bohrprozesse und hoffentlich seinen Marktanteil und seine Rentabilität zu erhöhen.

Dies erinnert an industrielle Steuerungssysteme und deren Weiterentwicklung in Richtung Wireless. Wie Öl und Gas gibt es die industrielle Automatisierung schon sehr lange. Diese Unternehmen begannen, ursprüngliche kabelgebundene IoT-Technologien zu verwenden, um die Kosten zu senken und Teile ihrer kontrollierten Netzwerke zu verbinden. Da sich die Automatisierung von drahtlosen Sensoren auf dem Markt jedoch durchgesetzt hat – und damit leichter zugänglich – konnten diese Unternehmen drahtlose Sensoren verwenden, um sich einfacher zu verbinden, mehr Daten zu erfassen, diese Informationen zu analysieren und ihre Prozesse zu verbessern.

Sehen wir uns einige der Möglichkeiten an, wie Öl- und Gasunternehmen das IoT nutzen, um diese umsetzbaren Daten zu sammeln und so den Betrieb zu verbessern.

Internet der Dinge:5 Anwendungsfälle für Öl und Gas

Die IoT-Anwendungsfälle, die derzeit den größten Wert für die Öl- und Gasindustrie generieren, konzentrieren sich auf die Reduzierung der Nebenzeiten (NPT). NPT – die von schlechtem Wetter bis hin zu Geräteausfällen verursacht werden können – hat einen großen Einfluss auf den Umsatz und macht etwa 10 bis 20 Prozent der gesamten Bohrkosten aus. Das IoT hilft Unternehmen bei der Bekämpfung von NPT, indem es ihnen ermöglicht, eine bessere vorausschauende Wartung durchzuführen, Ausfälle genauer vorherzusagen und Lecks schnell zu erkennen – im Wesentlichen um Probleme zu finden, bevor sie beginnen.

Der Aufbau eines IoT-Öl- und -Gasnetzes für ein dünn besiedeltes oder isoliertes Gebiet kann jedoch eine große Herausforderung darstellen. Es gibt oft nicht die erforderliche Konsistenz bei der Knotenplatzierung für ein Mesh-Netzwerk, die Mobilfunkabdeckung ist oft nicht verfügbar und Satelliten- und Kabelverbindungen sind sehr kostspielig. In vielen Fällen bieten LPWAN-Netzwerke (Low Power Wide Area) eine gute Alternative für die M2M-Kommunikation in Öl und Gas.

Offshore-Öl- und Gasplattformüberwachung

Die meisten Offshore-Öl- und -Gasproduktionen werden in ziemlich extremen Umgebungen durchgeführt, in denen nur wenige vorhandene Kommunikationsnetze verfügbar sind, was die Überwachung von Temperaturen, Drücken, Durchflussraten und anderen Eigenschaften schwierig und teuer macht. Mobilfunknetze sind oft keine Option. Und obwohl Sie ein WiFi-Netzwerk oder ein Mesh-Netzwerk verwenden könnten, müssen Sie es wahrscheinlich überarbeiten, damit es funktioniert. Um diesen Realitäten gerecht zu werden, werden kritische Daten in der Regel mithilfe von Satellitenkommunikation oder kabelgebundenen Netzwerken extrahiert, die beide mit hohen Kosten verbunden sind.

Mit LPWANs können Sie relativ kostengünstig viel mehr Überwachungspunkte anbinden. Sie können beispielsweise xx Lecksucher an xx Brunnen anschließen, die sich innerhalb eines xx Quadratmeilen-Bereichs in einem LPWAN-Netzwerk befinden. Jeder dieser Detektoren sendet dann Informationen zurück an einen zentralen Punkt, der mit einem Satelliten verbunden ist. (Oder die Daten könnten je nach Wunsch und Bedarf des Unternehmens einfach vor Ort verarbeitet werden.) Mit einer Hybridlösung wie dieser können Sie viel mehr Daten sammeln als mit der herkömmlichen Überwachungsmethode. LPWANs können auch bei der Messung des Salzgehalts (um sicherzustellen, dass keine Wasser-zu-Kraftstoff-Leckagen vorhanden sind) und bei der Überwachung von Ausrüstung und Personal vor Ort hilfreich sein.

Raffinerieüberwachung

In einer Öl- und Gasraffinerie könnte das Internet der Dinge verwendet werden, um Dinge wie Rohrdicke, Durchflussmenge, Rohrdruck und mehr zu überwachen. Wenn diese Bereiche für menschliches Personal zugänglich sind, werden viele Messungen typischerweise von Hand protokolliert. Aber diese Menge an Informationen von Hand zu protokollieren ist eine zeitaufwändige Aufgabe und ziemlich kostspielig für das Unternehmen.

Denken Sie daran, dass einige Bereiche einer Raffinerie in exakter Echtzeit gemessen werden müssen – zum Beispiel ein Ventil, das basierend auf einer an anderer Stelle überwachten Durchflussrate gesteuert werden muss. In diesem Fall würde eine Änderung der Durchflussmenge eine fast sofortige Steuerung des Ventils erfordern. Bei den meisten Funksystemen ist es schwer zu garantieren, dass Daten in Echtzeit mit einer Genauigkeit von 100 % gesendet werden – LPWAN-Systeme sind normalerweise nicht für extrem hohe Durchsätze ausgelegt. Wenn also im Bruchteil einer Sekunde Messungen vorgenommen werden müssen, wird sich die Raffinerie wahrscheinlich auf ein kabelgebundenes System verlassen.

Aber was das Internet der Dinge (IoT) macht erlauben mehr Punkte für genauere Daten zu treffen. Viele Aspekte einer Raffinerie sind beispielsweise mit bestimmten Unsicherheiten ausgelegt, weil sie einfach nicht gemessen werden können. Beispielsweise kann ein bestimmter Teil der Raffinerie möglicherweise nicht mit dem gleichen Druck betrieben werden, als wenn mehr Ablesepunkte verfügbar wären. Um dieses Problem zu lösen, könnte das IoT bessere Einblicke und zusätzliche Daten über den Durchfluss liefern, sodass die Raffinerie mit höherer Kapazität betrieben werden kann. Das IoT-Netzwerk würde der Raffinerie auch Geld sparen, indem es das Personal, das für die manuelle Überwachung erforderlich ist, oder die Anzahl der Geräte, die eine kabelgebundene Kommunikation erfordern, einschränkt.

Pipeline-Überwachung

Eine der Hauptsorgen bei Öl- und Gaspipelines sind Leckagen und die damit verbundenen finanziellen, ökologischen und Reputationsschäden. Wenn Methangas freigesetzt wird, ohne verbrannt zu werden, hat es Pfund für Pfund etwa 25-mal die Auswirkungen auf den Klimawandel als Kohlendioxid über einen Zeitraum von 100 Jahren. Es besteht auch ein hohes Explosionsrisiko für ein Gasleck, wenn es atmosphärischem Druck ausgesetzt ist. Und obwohl Öl keine Explosionsgefahr birgt, bergen Pipeline-Leckagen große Risiken. Unternehmen könnten ihre Vermögenswerte verlieren und ihre Umweltverschmutzung könnte möglicherweise zu astronomischen Geldstrafen führen.

Vor dem IoT überwachte Satelliten-Internet wichtige Punkte in der Pipeline und extrapolierte Daten, um die Gesamtsystemleistung zu messen. Durch die Integration von Machine-to-Machine (M2M) Öl- und Gaslösungen können mehr Schlüsselpunkte für weniger Geld überwacht werden.

Das IoT kann auch dabei helfen, Pipelinekomponenten wie Pumpen und Filter zu überwachen. Ohne ein „intelligentes“ System müsste ein Unternehmen beispielsweise alle drei Monate einen Mitarbeiter zur regelmäßigen Routinewartung schicken. Aber mit den zusätzlichen Daten, die das Unternehmen aus seinem IoT-System sammeln könnte, kann es möglicherweise auf die Wartung und den Austausch von Pumpen und Filtern warten, bis die Leistung des Systems nachlässt (obwohl ein gewisses Maß an vorbeugender Wartung vorsichtigerweise noch durchgeführt wird).

Wellhead-Überwachung

Heute gibt es mehrere Unternehmen – wie Ambyint (vormals PumpWell) und WellAware –, die IoT-Lösungen für die Überwachung von Bohrlochköpfen und Pumpensteckdosen sowie andere Gas- und Ölüberwachungsanforderungen anbieten. Laut WellAware helfen seine Produktionsmanagementlösungen Unternehmen dabei, die Betriebskosten für Mietverträge zu senken, ungeplante Ausfallzeiten zu minimieren und die Sicherheit und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften zu gewährleisten. Datenunternehmen sammeln Feeds auf einer Plattform, die dem Unternehmen beispielsweise mitteilen kann, ob sie mehr Chemikalien oder Dampf in das Bohrloch injizieren sollten oder welche Art von Vakuum unter den gegebenen Bedingungen optimal ist.

In den Öl- und Gasförderungsprozess steckt viel, und IoT-Geräte erleichtern die Überwachung und das Sammeln von Daten zu diesen Dingen. Die folgende Grafik, erstellt von Emerson Process Management, beschreibt einige der häufigsten Bedrohungen für die Bohrlochleistung.

Öl- und Gasfrachttransport

Die Überwachung von Öl- und Gasfrachtschiffen ähnelt dem Offshore-Anwendungsfall darin, dass es in der Regel keine andere Konnektivität als das Satelliteninternet mitten auf dem Ozean gibt. Wenn Sie Daten rund um Ihr Schiff sammeln möchten, das selbst sehr groß sein kann, sind Ihre Möglichkeiten begrenzt.

Mit LPWANs können Sie Teile des Schiffes aus der Ferne überwachen, die das Personal nicht regelmäßig besucht (oder auf die kaum zugegriffen werden kann). Dies fügt eine Ebene der Sicherheit und des Komforts hinzu. Während einige Elemente von Öl- und Gasfrachtschiffen aufgrund des Echtzeitbedarfs der Antriebsanlage verkabelt werden müssen, müssen einige nicht betriebsbereite Elemente – Temperaturen, Drücke, Strömungen usw. – nicht über Satellit zurückgeholt werden, oder in Echtzeit verbunden. Daher können kleine IoT-Netzwerke eine großartige Alternative zu kabelgebundenen Sensoren und Messgeräten sein.

Supply-Chain-Management

Die dynamische Natur der Öl- und Gasindustrie kann die Bestandsplanung und -optimierung erschweren. Das IoT kann bei der Beschaffungsplanung und -planung helfen. Raffinerien könnten beispielsweise Sensoren verwenden, um zu erkennen, welche Arten von Rohöl oder Rohölmischungen ankommen und/oder wo jede Sorte gelagert wird. Die Verfügbarkeit dieser Daten wäre für Produktions- und Betriebsentscheidungen wertvoll. Es könnte auch verwendet werden, um die Rohölzusammensetzung für Inventarzwecke zu messen.

Konstante Entwicklung

Intelligentes Öl und Gas waren und bleiben langwierige Prozesse. Das Internet der Dinge hat diese Bereiche nicht dramatisch verändert, aber die drahtlose Technologie verschafft Gas- und Ölunternehmen einen einzigartigen Vorteil. Tatsächlich glaube ich, dass sie gut aufgestellt sind, um einige ihrer größten Fortschritte zu machen, da das Verbinden von „Dingen“ billiger ist und die Technologie ausgereifter denn je ist. Wenn Unternehmen mit einer begrenzten Anzahl von Endpunkten Informationen sammeln (und somit weitere Datenanalysen durchführen) können, stellen Sie sich vor, wie viel mit detaillierteren Informationen erreicht werden könnte.

Konnektivität ist nicht für jeden in der Öl- und Gasindustrie ein Thema. Wenn Sie Zugang zu Mobilfunknetzen haben und das, was Sie überwachen, hochwertig genug ist, um den Preis zu verdienen, benötigen Sie möglicherweise keine LPWAN-Technologie. Wenn Sie jedoch auf verschiedene Weise die betriebliche Effizienz verbessern und Kosten senken möchten, können diese Informationen Ihnen dabei helfen, etablierte Unternehmen auf dem Markt zu übernehmen.

Wenn Sie mit Verbindungsproblemen in Ihrer Öl- und Gasanwendung zu tun haben, kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie wir Ihnen helfen können.