ロボットが掘削現場を引き継ぐ

PaceR801 リグの掘削床での作業は、頑丈なロボットを中心に展開され、パイプの一部を系統的に拾い上げ、掘削センター上で正確に移動させてパイプを迅速に接続します。

これは、ネイバーズ氏が「世界初の完全自動陸上リグ」と称するリグに関する多くの技術的進歩のうちの 1 つであるが、ロボットは「ほとんどの人々の興味と興奮を集める」ものであると、同社のグローバルオペレーション担当シニアバイスプレジデントのトラビス・パービス氏は述べた。ナボールズ・インダストリーズ株式会社

10月18日の時点で、PaceR801はエクソンモービルパッドの最初の坑井を完成し、3坑井パッドの2番目の坑井で側面掘削を行っていた。 3 番目のテストが完了すると、拡張テストは次のパッドに移動します。

秘密主義のビジネスにおける競争レースで誰が1位になったかを発表するのは危険だ。しかし、Nabors が傑出しているのは、PaceR801 が自動掘削床をはじめ、地上および地下のさまざまな自動化機能を備えていること、そして最も重要なことに、同社のリグを使用して顧客向けに生産井を掘削している唯一の装置であるという点です。

エクソンモービル社で非従来型掘削の運用マネージャーを務めるジェイソン・ガー氏は、今回の研究協力は「ロボット工学、自動化、コンピューティング、データの総合力を利用して掘削を最適化できる能力を実証した」と述べた。

この発表以来、ナボールス氏は他の石油会社からも話を聞いている。「多くの市場でこのリグに対する強い関心が寄せられている」とパービス氏は語った。

企業の関心は、リグを改修することでより多くの掘削機能を自動化することから、会話の中でその名前が頻繁に R801 と短縮されるリグの雇用希望まで多岐にわたります。

PaceR801は1台だけなのでしばらく縛られることになります。パービス氏は、「複数のパッドで複数の試験井を掘削し、エクソンモービルと協力して技術開発を続ける予定だ」と述べた。

これは、Pace ハイスペックリグの完全自動バージョンを作成するための 5 年間の取り組みの成果を披露するために作成されました。ナボールス氏は、これを自動車メーカーが将来のビジョンを誇示し、社内のイノベーションを促進するために構築したコンセプトカーに例えています。

この場合、それは近未来のビジョンです。自動掘削床は新しいものですが、残りの多くは最近実証された技術です。使用されている掘削自動化プログラムのうちの 2 つ、Nabors の SmartSLIDE と SmartNAV は、すでに Nabors の車両の 30% に導入されている、と Nabors のスマート製品運用ディレクター、オースティン・グルーバー氏は述べています。これらのアプリケーションは、曲線の穴あけと方向性のある穴あけを管理するもので、パイプスタンドの穴あけを自動化する 3 番目のアプリケーションである SmartDRILL は、エクソンモービルによって 2 年間使用されています。

複数の実績のあるテクノロジーに加え、ロボット掘削床などの新しいテクノロジーを加えてリグのパフォーマンスを最大化するには、掘削中にそれらのアプリとリグハードウェアの動きを調整するシステムを開発する必要がありました。

ナボールスの専門家がそのプロセスを説明するとき、彼らは小さなダンスをするロボットから交響曲を指揮する指揮者に至るまで、音楽の比喩に頼っています。

「掘削機の小屋に人間がいて、システムの電源を入れて「再生」ボタンを押しています。その時点から、システムがすべての調整を行ってくれます」と Groover 氏は言いました。この機械的な交響曲は、「シーケンスエンジン」と呼ばれるプログラムによって実行されます。

より速く、より良い穴あけを実現するには、一連の手順を正確に実行し、動作間のロス時間を最小限に抑える必要があります。

リグフロアのビデオには、ロボットが次のハードウェア部分、通常は測定済みの 45 フィートのパイプのセグメントと、システムによって事前にドーピングされたねじ山を拾おうと手を伸ばす様子が示されています。次に、他の機械がねじ山のパターンを認識してパイプを回転させ、適切なレベルのトルクでパイプを接続している間、アームがパイプを井戸の中心上に移動させて所定の位置に垂直に保持します。その後、別のアプリケーションが引き継いでドリルストリングを一番下まで下げ、エクソンモービルの仕様に従って掘削を再開します。

実際に必要なステップの数は、冗長で単純化しすぎた 1 つの段落で表現できる数よりもはるかに多くなります。エクソンモービルは現在、ナボールスと協力して、このイノベーションがパフォーマンスの向上につながるかどうかを確認しています。

自動化の将来は、顧客が掘削パフォーマンスをどのように評価するかにかかっています。

速度はパフォーマンスの明白で必要な尺度です。坑井計画をより適切に実行することも目標ですが、坑井の品質が将来の生産に及ぼす影響と同様に、それを測定することははるかに困難です。

オクシデンタル・ペトロリアム社の自動化の目標は「知識を獲得すること」であると、オクシデンタル社の陸上掘削・完了工事および炭素隔離担当副社長のジョン・ウィリス氏は、IADCが主催する最近のIADCアドバンスト・リグ・テクノロジー・カンファレンス（ART）での基調講演で述べた。掘削請負業者。

ウィリス氏は、制御システムでタスクを実行する最も効率的な方法を把握し、自動化に依存して、より迅速に坑井を掘削するために学んだ教訓を適用することで、スキルの低い掘削者がより熟練した掘削者と同じレベルで作業できるようにすることについて言及していました。そしてさらに良くなりました。

今のところ、その基準を満たすシステムは見つかっていない、と同氏は述べた。

R801 は完全自動掘削に向けた大きな進歩の兆しですが、まだ終点には程遠いです。

自動化は、掘削曲線からパイプ接続時のスティック/スリップやトリップの最小化に至るまで、重要な掘削機能にまで浸透しています。

業界は 10 年以上にわたり、この点に向けて取り組んできました。 Nabors の掘削床ロボットの開発は、Equinor が最初にノルウェーの新興企業である Robotic Drilling Systems AS に資金を提供した 2008 年に遡ります。ナボールスは、ノルウェーの試験装置で装置が評価された後、2017 年にこの製品を取得しました。

同社の創設者であるラース・ラウンホルト氏は、その目標を「マシンが連携して動作するシームレスなシステム」と説明しました。センサーが空間認識プログラムを継続的に更新しているため、「立ち止まってそれが正しい場所にあるかどうかを確認する必要がない」。

「ロボットとオートメーションは、底穴アセンブリなど、私たちが『奇妙な物体』と呼ぶものを識別し、必要なときにそれを入手できる」とネイバーズの西テキサスエリアマネージャー、ジョシュ・プライス氏は最近のIADCアドバンスト・リグ・テクノロジー会議でのプレゼンテーションで語った。委員会。

Nabors の Canrig ユニットで作られたロボットは、パイプのスタンドを掴んで回転させるツールなど、さまざまなツールから選択することで機能を拡張できます。また、ケーシングを処理して、完了を自動化するためのドアを開けることもできます。

業界ではパイプ接続の機械化が遅れていたため、自動パイプ処理ロボットは目覚ましい進歩です。その作業の大部分は、ますます洗練されたツールを使用して乗組員によって引き続き処理されます。（これは、直径が大きいドリルパイプがより重く、取り扱いがより危険であるオフショアリグフロアには当てはまりません。リグフロアはより大きく、従来の機械化されたパイプの取り扱いに必要なスペースを提供します）。

エクソンモービルの掘削機械顧問ポール・パストゥセク氏は、ART委員会の会合で講演中に、「人間は非常に速く移動できるため、ランドリグ用の機械式パイプハンドリングシステムの需要はほとんどない」と述べた。

自動化を制御するには機械化されたプロセスが必要であるため、これが陸上リグでのパイプ処理の自動化の障害となっていました。パストゥセク氏は、「それほど速くするのは本当に難しい」ため、陸上で機械化する動機は低いと述べた。

それにもかかわらず、Nabors社のPurvis氏は、Nabors社CEOのアンソニー・ペトレロ氏がR801の開発を承認する動機となった2つの重要な対策において、自動化システムは現状を上回るパフォーマンスを発揮すると述べた。

「私たちは絶対に人々をレッドゾーンから抜け出さなければなりませんでした。彼はその点で完全にやる気に満ちていて、オートマトンとロボット工学が常に上位十分位のパフォーマンスを常に安定して提供できるという信念を持っていました」とパーヴィス氏は語った。

2 つの目標は結びついています。作業員をリグ床から降ろすと、危険なエリアから人が移動します。また、ロボットによるパイプ処理速度を高めるには、人間のいない作業スペースが必要です。人に危害を加えないようにプログラムされた強力な機械は、予測不可能な動きをする可能性のある近くの人間にぶつかる前に停止するようにソフトウェアによって減速されます。

掘削フロアには人がいませんが、以前は掘削フロアにいた作業員がリグで検査、メンテナンス、修理、リグの移動を行っています。

リグの自動化が進むにつれて、トレーニングが必要になります。ナボールスの声明では、自動化により「ナボールスの従業員と広範な業界の従業員に再スキルの機会が提供される」と述べた。

では、Nabors の自動リグはどれくらいの速さでパイプを接続できるのでしょうか? 簡単に言うと、「彼らは言っていない」です。このテストに関するニュースリリースには、「テストパッドでの掘削者やオペレーターの慣行に従って、ナボールスとエクソンモービルは性能データと結果を公表する予定はない」と述べられている。

Nabors の Web サイトにあるロボットの説明によると、パイプ接続時間 (スリップからスリップまで) は 1 分未満であるとのことです。「初期の研究に基づいて」という修飾語が追加された。

この速度の推定値は、シェルと中国石油会社の掘削サービス合弁会社であるシリウス・ウェル・マニュファクチャリング・サービス向けに自動パイプハンドリングを備えたランドリグを建設したハウスマン社の推定値と一致している。

プロダクトマネージャーのアーサー・デ・マル氏によると、オランダの自社ヤードにあるテスト井の性能データに基づいて、ユイスマン社は、リグの自動トリッピングシステムは、オペレーターがスタートボタンを押した後、1,800フィート/時の速度でケーシングを処理できると報告したHuisman 用モジュラーリグの開発 (SPE 199597)。

ナボールスとエクソンモービルはさらに進んで、R801 を使用して生産井を掘削しました。

パービス氏は、R801は5年前の高性能リグよりも速く掘削できるようになっていると語った。それ以来、掘削は速くなったので、最終的にはさらに改善する必要があるでしょう。しかし、この体系的なテストプログラムは、早い段階で速度記録を樹立するように設計されているようには思えません。

自動掘削と従来の作業員を比較する場合、着実な努力が速いランナーに勝つというウサギとカメの寓話を思い出すと便利です。

1 日の掘削記録が発表されるとき、翌日のリグのパフォーマンスについては言及されません。監視プログラムによって収集された接続時間データに基づくと、それほど高速ではない可能性があります。彼らは、作業の速度が作業員ごとに、また作業員ごとに日ごとに異なることを観察しました。

管制現場の掘削作業者は、これまでとは異なるパフォーマンスのプレッシャーを感じています。つまり、掘削を管理する最適な方法についての顧客の評価によって要求されるルーチンの数が増加しているということです。いずれにせよ、労働者にとって、長い勤務時間にわたって特定のルーチンを毎日一貫して実行することは困難です。

「パフォーマンスの結果には人的要素の変数が存在します」とパーヴィス氏は言う。自動化により、「リグをクラス最高のレベルに引き上げ、その再現性をほぼ保証することができます。」

自動掘削では、人間による入力には掘削計画とシステムソフトウェアが含まれます。企業は掘削のパフォーマンスを分析し、観察に基づいて変更を加えています。

「ソフトウェアに関しても、私たちは同様に学んできました」とグルーバー氏は語った。同氏は、パフォーマンスを向上させるために制御ソフトウェアの一部の「オーバーエンジニアリング」を削除していると述べた。

完全自動リグの定義は時間の経過とともに進化します。現在完全に自動化されていると考えられているのは、今年のバージョンの機能です。将来のリグは、技術の進歩、石油ビジネスの進化、自動化に関する一連の問題への対処方法によって変化します。

リストの上位にあるのは、独自のコーディングおよび接続ソフトウェアと機器であり、複数のサプライヤーからのコンポーネントを使用して自動化システムを作成するのは困難な課題です。パーソナルコンピューターのコンポーネントのように統合できるハードウェアとソフトウェアを作成するには、相互運用性が必要です。

確かに今はそうではありません。

パストゥーセク氏はART委員会の会合で、エクソンモービルは自動化システムの主要サプライヤーである4社と主要コンポーネントを供給する他の大手サービス会社3社と協力していると述べた。「複数のシステムと複数のユーザーがある場合、オペレーターはシステムインテグレーターでなければなりません。」

ART での基調講演の中で、ウィリス氏は、さまざまな独自の設計に基づいて機器を相互接続しようとするときに直面する問題について説明しました。「自動化製品を購入しようとすると、それを入手するのは非常に困難です。」とウィリス氏は言いました。「個々の掘削請負業者から入手できるものにほとんど制限されています。別のサードパーティから何かを入手して追加することは、不可能ではないにしても、非常に困難です」そして、当社のどのリグにも、今日私たちが完全な自動化システムと考えられるものは搭載されていません」と彼は言いました。

リグにはソフトウェアとハードウェアのさまざまな組み合わせが装備されているため、さらに混乱が生じます。これらはすべて、自動化システムを立ち上げて実行し、最も効果的な使用方法を学び始めることができるようになるまでに時間がかかることを意味します。「自動化システムを導入するには9か月から1年かかります」とパストゥセク氏は言う。それまでに、その陸上リグの契約は期限切れになるか、まもなく期限切れになり、問題の解決に費やした時間が無駄になります。

掘削請負業者は、この新しい掘削アプローチには新しい契約条件が必要であると答えるでしょう。これらの協定は、従来の関係を再考するもので、長期契約の価格は、坑井の掘削に必要な日数を短縮し、穴の品質を向上させるリグへの投資に対する掘削業者に報酬を与えるものとなる。

生産性に報酬を与えることは、解決するというより説明するのが難しい問題であることが判明しています。日払いということは、より速く働く人の賃金が低いことを意味することは明らかですが、この問題について何年も議論されてきたにもかかわらず、日払いに代わる広く普及している成果ベースの支払いシステムは存在しません。

将来のリグは、顧客が提供するアプリケーションを使用した分析に基づく調整を含め、高度なデジタルデータ分析に対応できるように設計する必要があります。

「すべてのリグに適用したい特定のアプリがあるので、それは私たちにとって非常に重要であり、将来のリグ選択の要素になるでしょう」とウィリス氏は言いました。

パストゥセク氏によると、エクソンモービルはその分析に基づいて、同社で稼働するリグにプログラムされる150のパラメーターを列挙しており、掘削中のビットの重量から掘削開始のレートまですべてをカバーしているという。

彼は、予期せぬ変化を明らかにする掘削データに基づいてシステムが設定値を調整できる将来を楽しみにしています。「それらを事前にプログラムするのではなく、適応できるようにするつもりです」とパストゥセク氏は語った。グルーバーもそれを見たいと思っている。「自動化の次の反復となる、より多くの坑井データを地表自動化に結び付けるさらなる機会がある」と同氏は述べた。

リグや掘削装置に搭載されるセンサーの数は増え続けており、ハリバートンなどのサプライヤーは掘削中に収集されるデータの改善に取り組んでいます。新世代の掘削中測定 (MWD) ツールは、収集されたデータのダウンホール処理を処理し、自動制御システムに直接入力できるようにします。

データの量と質は増加していますが、リアルタイムで地表に配信できる量は一般に泥パルスを使用して送信できる量に制限されています。泥パルスは配信できるデータ量が限られており、泥ポンプが稼働している場合にのみ機能します。の上。

ハリバートンの新しい MWD システムでは、ドリルストリングを引いたときにダウンロードをより速く行うことができますが、それでもリアルタイムには程遠いです。データを地表に取得する最速の方法は有線パイプで、電力とコマンドをダウンホールに戻すこともできますが、あまり使用されていません。

「有線パイプは高速双方向通信の聖杯だと聞いています。現実には、有線パイプは15年以上前から存在しています」とハリバートン・スペリー・ドリリング社の製品マネージャー、ポール・クーパー氏は新しいMWDに関するインタビューで語った。 iStarというシステム。

このサービス会社は、別の自動化オプション、つまりダウンホール化に取り組んでいます。ハリバートンは、ダウンホールで収集および処理されたデータを回転操縦システムが軌道修正を管理するために使用するテストに参加しました。

ハリバートン・スペリー・ドリリング社の戦略ビジネスマネージャー、ニーラ・カドリ・ベボー氏は、「これは今日起きていることだ。彼らは東半球の数カ国でそれを実行している」と語った。彼女は、「人間の介入なしに、自動化された回転操縦可能な走行が70回行われた」と述べた。

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