IoT en petróleo y gas:análisis de tecnología y casos de uso

El negocio de extraer y transportar petróleo y gas está lleno de desafíos. Para mantenerse competitivas, las empresas de esta industria deben esforzarse continuamente por producir petróleo crudo y productos refinados a un costo menor. También buscan constantemente mejorar y ampliar el valor de sus activos existentes al mismo tiempo que buscan nuevas reservas de petróleo y gas. Y los estándares ambientales son cada vez más estrictos, lo que requiere transparencia en las operaciones y controles más estrictos en la producción y distribución.

Para superar estos desafíos, las empresas de petróleo y gas de todo el mundo vuelven a pensar de forma creativa. Tenga en cuenta que desafíos como estos no son necesariamente nuevos para la industria del petróleo y el gas. Durante las últimas décadas, ha habido un gran incentivo para mejorar la eficiencia y reducir el tiempo de inactividad, lo que ha llevado a la implementación de elementos como el análisis predictivo y el aprendizaje automático. (Algunos los clasificarían como parte de la Internet de las cosas, o IoT, pero mi definición de "IoT" es más limitada, y se refiere específicamente a los sensores y controladores conectados y todo lo que se encuentra en la parte superior de eso:cosas que crean datos o pueden tomar acción basado en comando.)

Ahora, los datos analíticos son cada vez más fáciles de adquirir gracias al IoT. La tecnología de conectividad está mejorando, los sensores son más baratos, la tecnología de bajo consumo está disponible y las baterías pueden durar más. Todos esos desarrollos significan que las compañías de petróleo y gas pueden usar más sensores en más lugares para monitorear la maquinaria y las condiciones ambientales, especialmente en esa "última milla", donde antes la conectividad asequible no era una opción.

En este artículo, primero exploraremos cómo están cambiando los métodos tradicionales que utilizan las empresas de petróleo y gas para monitorear. Luego, veremos varios casos de uso en los que las redes de área amplia y baja potencia (LPWAN) pueden ofrecer una solución híbrida única para aplicaciones M2M en la industria del petróleo y el gas.

Métodos inteligentes de monitoreo de petróleo y gas

Las empresas de petróleo y gas suelen tener numerosos activos remotos que requieren supervisión. Tradicionalmente, han utilizado los siguientes métodos de supervisión:

• Sistemas de controlador lógico programable (PLC). Se trata esencialmente de comunicaciones de IoT por cable y se utilizan con frecuencia en el campo industrial. El desafío de recopilar datos mediante cables es que alguien tiene que ejecutar esos cables, y ese proceso puede resultar bastante costoso. Además, la arquitectura de estos sistemas cableados es más compleja, por lo que una vez que construye un sistema PLC, se queda atascado con él. Con frecuencia, estos sistemas utilizan estándares de comunicación en serie (como RS-232 y RS-435).
• Comunicaciones por satélite (como Iridium e Inmarsat). El inconveniente aquí es que la conectividad por satélite puede resultar cara. Sin embargo, dado que las industrias del petróleo y el gas tradicionalmente tenían un gran incentivo para el monitoreo remoto, los costos a menudo estaban justificados.
• Supervisión física. Emplear a personas para que caminen físicamente y controlen manualmente los niveles y las mediciones es algo que todavía hacen muchas empresas de petróleo y gas. El beneficio de este método es que es relativamente sencillo y fácil de implementar, y existe un historial de capacitación que acompaña a este método. Por otro lado, los costos de tiempo y mano de obra asociados con este tipo de monitoreo pueden ser altos, especialmente en ubicaciones remotas (como donde se encuentran muchos pozos de petróleo y gas).

Cada una de estas soluciones tiene beneficios y consideraciones a tener en cuenta. Las principales consideraciones son:

• Precio: El costo de configurar un sistema cableado suele ser bastante alto.
• Complejidad: El monitoreo por satélite, por ejemplo, a menudo requiere numerosos enlaces de comunicación para entregar información.
• Hora: El monitoreo físico de los campos de petróleo y gas requiere un esfuerzo y mano de obra considerables.

A medida que el mercado de máquina a máquina (M2M) ha crecido y se ha expandido en los últimos años, algunas compañías de petróleo y gas están buscando tomar lo que solía estar cableado y hacerlo inalámbrico, para poder consolidar aún más sus conexiones. Las soluciones inalámbricas de IoT permiten a estas empresas hacer las cosas de una manera más ad hoc. Por ejemplo, pueden agregar 100 sensores en un solo pozo y luego agregar otros 1,000 sensores cuando lo consideren necesario. Esto es mucho más fácil con tecnologías inalámbricas que con PLC y otros sistemas cableados. Nota:Debido a que el proceso de monitoreo de pozos es muy complejo con muchas partes móviles (y mucho valor), es posible que no siempre tenga sentido usar tecnología inalámbrica, incluso si está disponible. Esto solo se puede determinar caso por caso.

Cómo la tecnología de IoT está dando forma a las industrias del petróleo y el gas

La industria del petróleo y el gas todavía está evolucionando cuando se trata de aprovechar todo el valor de IoT; todavía no ha revolucionado el petróleo y el gas como lo ha hecho con otras industrias. Sin embargo, IoT es facilitando mucho a las empresas la recopilación de información vital, lo que ha llevado a decisiones comerciales más informadas. La tecnología inalámbrica conectada está ayudando a las industrias del petróleo y el gas:

• Optimice para actividades de bombeo eficientes.
• Mantenga las tuberías y los pozos.
• Monitoree las fallas del equipo y las fugas de gas.
• Monitoree el espesor de la tubería, las temperaturas y la erosión en una refinería.

El IoT inalámbrico permite a las empresas monitorear más cosas utilizando tecnología a nivel de sensor, tomar menos lecturas manualmente y recopilar más datos e información para optimizar mejor los procesos comerciales. No puedo hablar de lo que sucede entre bastidores con los macrodatos, pero sí puedo hablar del hecho de que la IoT impulsada por sensores puede hacer que el proceso de recopilación de estos datos sea mucho más fácil.

Por ejemplo, es importante que incluso una pequeña empresa petrolera tenga una sólida optimización de pozos para aumentar su rentabilidad. Si la empresa está perforando un pozo nuevo, tiene que inyectar productos químicos en el pozo para evitar que las rocas se acumulen, lo que proporciona viscosidad para tirar de las rocas hacia arriba mientras la empresa está perforando. Una vez que el pozo está en línea y en producción, la empresa tiene que hacer un balance de presión, asegurarse de que las temperaturas sean las correctas, asegurarse de que extrae las cantidades correctas de petróleo, etc. Cuando hay más puntos de datos sobre las condiciones microscópicas en un pozo (que van desde temperaturas, presiones, tasas, composiciones químicas, viscosidad, etc.), la empresa puede recopilar los datos necesarios, ejecutar análisis de posproducción, optimizar la corriente y futuros procesos de perforación y, con suerte, aumentar su participación en el mercado y su rentabilidad.

Esto recuerda a los sistemas de control industrial y su progresión hacia la tecnología inalámbrica. Al igual que el petróleo y el gas, la automatización industrial existe desde hace mucho tiempo. Estas empresas comenzaron a utilizar tecnologías de IoT cableadas originales para reducir los costos y conectar partes de sus redes controladas. Pero a medida que la automatización de sensores inalámbricos se hizo más frecuente en el mercado y, por lo tanto, más accesible, estas empresas pudieron usar sensores inalámbricos para conectarse más fácilmente, capturar más datos, analizar esa información y mejorar sus procesos.

Echemos un vistazo a algunas de las formas en que las empresas de petróleo y gas están utilizando IoT para recopilar datos procesables, mejorando así las operaciones.

Internet de las cosas:5 casos de uso de petróleo y gas

Los casos de uso de IoT que actualmente generan el mayor valor para la industria del petróleo y el gas se centran en reducir el tiempo no productivo (NPT). El NPT, que puede ser causado por cualquier cosa, desde las inclemencias del tiempo hasta las fallas de los equipos, tiene un impacto importante en los ingresos y representa alrededor del 10 al 20 por ciento de los costos totales de perforación. IoT está ayudando a las empresas a combatir el NPT al permitirles realizar un mejor mantenimiento predictivo, predecir fallas con mayor precisión y detectar fugas rápidamente, esencialmente, para encontrar problemas antes de que comiencen.

Pero construir una red de petróleo y gas de IoT para un área que está escasamente poblada o aislada puede ser todo un desafío. A menudo, no existe la consistencia necesaria en la ubicación de los nodos para una red de malla, la cobertura celular a menudo no está disponible y las conexiones por cable y por satélite son muy costosas. En muchos casos, las redes de área amplia de baja potencia (LPWAN) ofrecen una buena alternativa para la comunicación M2M en petróleo y gas.

Monitoreo de plataformas de petróleo y gas costa afuera

La mayor parte de la producción de petróleo y gas en alta mar se realiza en entornos bastante extremos donde hay pocas redes de comunicación disponibles, lo que hace que el monitoreo de temperaturas, presiones, tasas de flujo y otras características sea complicado y costoso. A menudo, las redes móviles no son una opción. Y aunque podría usar una red WiFi o una red en malla, es probable que tenga que diseñarla en exceso para que sea funcional. Para hacer frente a estas realidades, los datos críticos generalmente se extraen mediante el uso de comunicaciones por satélite o redes cableadas, los cuales tienen un costo elevado.

Con LPWAN, puede conectar muchos más puntos de monitoreo de forma relativamente económica. Por ejemplo, podría conectar detectores de fugas xx en xx pozos ubicados dentro de un área de xx millas cuadradas en una red LPWAN. Luego, cada uno de esos detectores envía información a un punto central, que está conectado a un satélite. (O, los datos podrían simplemente procesarse en el sitio, según los deseos y necesidades de la empresa). Una solución híbrida como esta le permite recopilar muchos más datos que el método de monitoreo tradicional. Las LPWAN también pueden ser útiles para medir la salinidad (para garantizar que no haya fugas de agua a combustible) y monitorear el equipo y el personal en el sitio.

Monitoreo de refinería

En una refinería de petróleo y gas, la Internet de las cosas podría usarse para monitorear cosas como el grosor de la tubería, la tasa de flujo, la presión de la tubería y más. Si estas áreas son accesibles para el personal humano, muchas mediciones generalmente se registran a mano. Pero registrar esta cantidad de información a mano es un trabajo que requiere mucho tiempo y es bastante costoso para la empresa.

Tenga en cuenta que algunas áreas de una refinería deben medirse en tiempo real exacto, por ejemplo, una válvula que debe controlarse en función de un caudal que se supervisa en otro lugar. En ese caso, un cambio en la tasa de flujo requeriría un control casi instantáneo de la válvula. Con la mayoría de los sistemas de radio, es difícil garantizar que los datos se envíen en tiempo real con una precisión del 100%; los sistemas LPWAN no suelen estar diseñados para rendimientos extremadamente altos. Por lo tanto, si es necesario tomar lecturas cada fracción de segundo, es probable que la refinería dependa de un sistema cableado.

Pero lo que hace el Internet de las cosas (IoT) permitir está golpeando más puntos para obtener datos más precisos. Por ejemplo, muchos aspectos de una refinería están diseñados con niveles específicos de incertidumbre porque simplemente no se pueden medir. Por ejemplo, es posible que una parte particular de la refinería no pueda funcionar a la misma presión que lo haría si hubiera más puntos de lectura disponibles. Para resolver ese problema, IoT podría proporcionar una mayor información y datos adicionales sobre el flujo, lo que permitiría que la refinería funcionara a mayor capacidad. La red de IoT también ahorraría dinero a la refinería al limitar el personal necesario para monitorear manualmente o la cantidad de equipo que requiere comunicaciones por cable.

Monitoreo de canalizaciones

Una de las principales preocupaciones con los oleoductos y gasoductos son las fugas y el daño financiero, ambiental y de reputación que podrían causar. Si el gas metano se libera sin quemarse, tiene, libra por libra, aproximadamente 25 veces el impacto en el cambio climático que el dióxido de carbono durante un período de 100 años. También existe un alto riesgo de explosión por una fuga de gas cuando se expone a la presión atmosférica. Y aunque el petróleo no presenta riesgo de explosión, existen riesgos importantes asociados con las fugas en los oleoductos. Las empresas podrían perder sus activos y su contaminación podría generar multas astronómicas.

Antes de IoT, Internet satelital monitoreaba puntos clave en la tubería y extrapolaba datos para medir el rendimiento total del sistema. Con la integración de soluciones de gas y petróleo de máquina a máquina (M2M), se pueden monitorear más puntos clave por menos dinero.

El IoT también puede ayudar a monitorear los componentes de la tubería, como bombas y filtros. Sin un sistema "inteligente", una empresa tendría que enviar a alguien para realizar un mantenimiento de rutina periódico cada tres meses, por ejemplo. Pero con los datos adicionales que la empresa podría recopilar de su sistema de IoT, es posible que pueda esperar el mantenimiento y el reemplazo de la bomba y el filtro hasta que el rendimiento del sistema comience a disminuir (aunque, prudentemente, se seguirá realizando una cierta cantidad de mantenimiento preventivo).

Monitoreo del cabezal de pozo

En la actualidad, existen varias empresas, como Ambyint (anteriormente PumpWell) y WellAware, que brindan soluciones de IoT para el monitoreo de cabezas de pozo y bombas y otras necesidades de monitoreo de gas y petróleo. Según WellAware, sus soluciones de gestión de producción ayudan a las empresas a reducir los gastos operativos de arrendamiento, minimizar el tiempo de inactividad no planificado y garantizar la seguridad y el cumplimiento normativo. Las empresas de datos recopilan fuentes en una plataforma que puede decirle a la empresa, por ejemplo, si deberían inyectar más productos químicos o vapor en el pozo, o qué tipo de presiones de vacío son óptimas dadas las condiciones.

Hay mucho que implica el proceso de extracción de petróleo y gas, y los dispositivos de IoT facilitan el monitoreo y la recopilación de datos sobre estas cosas. La imagen a continuación, creada por Emerson Process Management, describe algunas de las amenazas comunes al desempeño de los pozos.

Envío de carga de petróleo y gas

El monitoreo de buques de carga de petróleo y gas es similar al caso de uso en alta mar en el sentido de que, por lo general, no hay conectividad en el medio del océano que no sea Internet por satélite. Si desea recopilar datos de los alrededores de su barco, que pueden ser muy grandes, sus opciones son limitadas.

Las LPWAN le permiten monitorear de forma remota partes del barco a las que el personal no va regularmente (o es casi imposible acceder). Esto agrega una capa de seguridad y conveniencia. Si bien algunos elementos de los buques de carga de petróleo y gas deben cablearse debido a las necesidades en tiempo real de la planta de propulsión, algunos elementos no operativos (temperaturas, presiones, flujos, etc.) no necesitan ser retroalimentados utilizando un satélite o conectado en tiempo real. Por lo tanto, las redes de IoT pequeñas pueden ser excelentes alternativas a los sensores y medidores cableados.

Gestión de la cadena de suministro

La naturaleza dinámica de la industria del petróleo y el gas puede dificultar la planificación y optimización del inventario. IoT puede ayudar con la planificación y programación de adquisiciones. Por ejemplo, las refinerías podrían usar sensores para detectar qué tipos de petróleo crudo o mezclas de petróleo crudo están entrando y / o dónde se almacena cada tipo. Tener estos datos disponibles sería valioso para las decisiones de producción y operación. También se podría utilizar para medir la composición del crudo con fines de inventario.

Evolución constante

El petróleo y el gas inteligentes han sido y seguirán siendo procesos de larga evolución. La Internet de las cosas no cambió drásticamente estos campos, pero la tecnología inalámbrica coloca a las empresas de gas y petróleo en una ventaja única. De hecho, creo que están bien posicionados para hacer algunos de sus mayores avances ahora que conectar "cosas" es más barato y la tecnología es más sofisticada que nunca. Si las empresas pueden recopilar información (y, por lo tanto, ejecutar más análisis de datos) con un número limitado de puntos finales, imagine cuánto se podría hacer con información más granular.

La conectividad no es un problema para todos en la industria del petróleo y el gas. Si tiene acceso a redes celulares y lo que está monitoreando tiene un valor lo suficientemente alto como para merecer la etiqueta de precio, es posible que no necesite la tecnología LPWAN. Pero si está buscando mejorar la eficiencia operativa y reducir los costos de varias maneras, esta información puede ayudarlo a enfrentarse a los operadores establecidos en el mercado.

Si tiene problemas de conectividad en su aplicación de petróleo y gas, comuníquese con nosotros para ver cómo podemos ayudarlo.