En la industria del petróleo y el gas, un robot de perforación no se refiere simplemente a un solo brazo robótico o a una máquina inteligente conceptual; más bien,se refiere a una unidad de automatización integrada que abarca las operaciones de pozos, la ejecución en el agujero, el manejo de la cuerda de perforación y el control en tiempo real.Los robots de perforación están evolucionando de equipos auxiliares a componentes críticos de sistemas de perforación automatizados, que influye directamente en los protocolos de interfaz entre el taladro, las herramientas de perforación y la plataforma de control de superficie.
Figura 1 Diagrama esquemático de la composición de un robot de perforación y un sistema de perforación automatizada
Figura 2: Flujo de trabajo de operación automatizada con un robot de perforación
Figura 3: Esquema de escenarios de colaboración de varios niveles en un sitio de pozo no tripulado
I. Los robots de perforación son sistemas operacionales, no equipos independientes.
Desde una perspectiva funcional, los robots de perforación comprenden al menos tres categorías de componentes: primero, equipos automatizados de superficie, como los sistemas automáticos de alimentación de perforación,con una capacidad de producción superior a 300 kW, sistemas de manipulación automatizados y módulos de operación de la cabeza de pozo; segundo, actuadores de pozo, incluidas las herramientas de orientación controlables, los módulos de inspección y intervención de pozo,con una capacidad de producción superior a 300 kWEn tercer lugar, los sistemas generales de control, bloqueo de seguridad y vigilancia de la condición que integran estas dos categorías.Solo cuando estas tres categorías operan en una configuración de circuito cerrado coordinada, la capacidad de automatización del robot realmente ofrece valor en el piso de la plataforma.
Esta definición es de suma importancia para los fabricantes de brocas.En el pasado, las brocas se consideraban en gran medida herramientas pasivas, suficientes siempre que cumplieran con las especificaciones de forma de hilo,dimensionesSin embargo, en los escenarios de perforación automatizada, los datos de estado de los bits, su envolvente operativo, el tamaño de la capa de perforación y el tamaño de la capa de perforación son muy diferentes.y sus características de acoplamiento con el conjunto de agujero inferior influyen directamente en la lógica de toma de decisiones del sistema de control maestroEn otras palabras, los futuros taladros no sólo deben ser funcionales, sino también fácilmente integrables, fácilmente identificables y capaces de colaborar sin problemas".
II. El valor central de los sistemas de perforación automatizados radica en la reducción de la exposición humana de alto riesgo.
Muchas operaciones críticas en el sitio del pozo han dependido durante mucho tiempo de un monitoreo y control intensivos e intensivos en personal, como el manejo de una sola tubería, las operaciones de la cabeza del pozo, la vigilancia continua de parámetros, el mantenimiento de los parámetros y el mantenimiento de los parámetros.y la identificación de condiciones de funcionamiento anormalesCuando estas tareas se realizan en entornos de alta presión, alta carga y múltiples procesos simultáneos, generan fácilmente riesgos de seguridad.El valor primordial de los robots de perforación y los sistemas de automatización no radica en el espectáculo tecnológico, pero en la delegación de tareas de alto riesgo, altamente repetitivas y críticas en el tiempo a equipos estandarizados, cambiando así el papel de los operadores humanos a la autorización, supervisión y manejo de excepciones.
Esta es también la razón por la que las compañías internacionales de servicios de campos petrolíferos están fortaleciendo continuamente la perforación direccional automatizada, las operaciones remotas y el control de bloqueo.Un sistema de automatización que mejore la eficiencia sin reforzar los límites de seguridad tendrá dificultades para lograr una adopción generalizada a largo plazoPor el contrario, si puede reducir simultáneamente los tiempos de inactividad no planificados, mitigar los riesgos de exposición y mejorar la coherencia operativa,Se convertirá rápidamente en un factor clave para la transformación digital en los yacimientos petroleros.
III. Los principales desafíos de la robótica subterránea consisten en la miniaturización, la alta fiabilidad y la recuperabilidad.
The most significant difference between downhole robots and surface robots is that the former operate within the constrained space of a wellbore and are exposed to far more severe environmental conditions than conventional industrial robotsTemperatura y presión altas, contaminación por barro, vibraciones intensas, limitaciones espaciales extremas,y la dificultad de recuperación todos requieren que la fiabilidad sea la máxima prioridad para la robótica downholeCualquier complejidad innecesaria aumentará rápidamente la probabilidad de fallo; por lo tanto, el diseño debe dar prioridad a los principios de modularidad, redundancia y seguridad contra fallos.
Según la investigación publicada y la literatura académica, los robots de pozo inferior están mejor posicionados para lograr avances en aplicaciones localizadas de alto valor, como las operaciones de línea de rama,medición de precisiónEn la actualidad, la industria de la perforación se ha convertido en un sector de la industria de la extracción de petróleo, con el objetivo de mejorar la calidad de la producción y la calidad de la producción.Actuación, el suministro de energía, la comunicación y la recuperación pueden reducir la transición de los robots de las plataformas experimentales a equipos de campo desplegables.
IV. La tendencia hacia las operaciones no tripuladas no significa la eliminación total de la participación humana, sino más bien la reducción del personal en el lugar combinado con la toma de control a distancia.
La hoja de ruta práctica para las plataformas de pozos no tripuladas se desarrolla típicamente en tres fases.cuando las piezas individuales del equipo ejecutan operaciones estandarizadas de acuerdo con secuencias preprogramadasLa segunda fase es la automatización de procesos, en la que se coordinan varios dispositivos para realizar una tarea unificada.Implementando el control maestro centralizadoEn la actualidad, el personal en el lugar de trabajo se reduce al mínimo absoluto.La mayoría de los proyectos de la industria están pasando de la segunda a la tercera fase.
Para los fabricantes de perforaciones y herramientas de perforación,Esto significa que los productos futuros no sólo deben cumplir con los requisitos de rendimiento mecánico, sino también apoyar las capacidades de identificación e invocación de sistemas automatizadosPor ejemplo, los límites de los parámetros del producto deben estar claramente definidos, las condiciones de funcionamiento anormales deben estar estandarizadas, los registros de funcionamiento deben ser rastreables,las interfaces de recomendación deben ser legibles por máquinaLa empresa que complete primero estos esfuerzos de estandarización estará mejor posicionada para que sus herramientas se incluyan en el inventario de herramientas para plataformas de perforación automatizadas.
V. Acoplamiento directo entre el sistema de automatización y el diseño de la broca
Muchas personas ven a los robots de perforación como un problema de control de alto nivel, pero en realidad, su rendimiento está estrechamente ligado al diseño de la broca.Los sistemas de control direccionales automatizados durante la perforación y el agujero son muy sensibles a la estabilidad de la respuesta de la herramienta- si la broca, en determinadas condiciones de funcionamiento, es propensa a resbalones severos, giros laterales o retraso en la dirección,el sistema de automatización debe aumentar la frecuencia de las intervenciones de protección y los ajustes correctivosComo resultado, no sólo se reduce la eficiencia, sino que también se compromete la estabilidad del sistema.
Por lo tanto, el diseño de brocas para perforación automatizada debe poner mayor énfasis que en las aplicaciones tradicionales en una respuesta constante, una ventana de funcionamiento estable y modos de falla predecibles.Una herramienta que todavía puede funcionar apenas bajo operación manual puede ser rechazada por completo en un sistema automatizado debido a una respuesta excesivamente erráticaEn otras palabras, la tendencia hacia las operaciones no tripuladas está llevando a los productos de perforación a pasar de ser basados en la experiencia a ser basados en los estándares".
VI. Recomendaciones para Xingtong: Redefinir la propuesta de valor del producto de la herramienta en torno a las capacidades de colaboración automatizada.
Para Xingtong, los robots de perforación y la perforación automatizada no son conceptos distantes, sino que representan el límite crítico para definir los productos de herramientas del futuro.Primero, desarrollar una lista exhaustiva de interfaces de productos compatibles con la perforación automatizada, especificando claramente la compatibilidad BHA, los límites de parámetros y las ventanas operativas para el manejo de anomalías;,reforzar la investigación sobre la respuesta constante de las herramientas cuantificando la reducción de las vibraciones, la estabilización de la trayectoria y la evaluación de la vida útil de las herramientas en métricas accesibles al sistema; y tercero,Construir casos de uso de perforación robótica colaborativa y automatizada alrededor de secciones típicas de pozos, mejorando el contenido en línea de la empresa de introduciones de productos a soluciones basadas en escenarios.
Sólo cuando una empresa puede demostrar claramente cómo sus brocas apoyan sitios de pozo con personal reducido, perforación direccional automatizada,y sistemas de operaciones remotas, su mensajería técnica en el sitio web corporativo se alineará verdaderamente con la vanguardia de la industria.De lo contrario, aunque los productos en sí mismos sean excelentes, perderán su voz ante la futura tendencia hacia las operaciones no tripuladas.
Las referencias
- Liu Qingyou: "Progreso de la investigación y perspectivas de aplicación de los robots subterráneos".
- Equipo de Liu Qingyou: Materiales de investigación específicos de fase sobre perforación y terminación inteligentes utilizando robots de pozo.
- Baker Hughes: Información disponible al público sobre las tecnologías de perforación automatizada como la perforación direccional automatizada i-Trak.
- SLB: Información disponible al público sobre sistemas de guía automática y de perforación inteligente.