téma poslední recenze: 10 duben 2013
sektory: Upstream

energie potřebná na vrtných soupravách na moři je obvykle dodávána dieselovými motory. Obvykle tyto motory používají 20-30 m3 motorové nafty denně, v závislosti na provedených operacích. Ke snížení spotřeby energie, množství spálené nafty a emisí do ovzduší lze použít několik opatření. Opatření ke snížení spotřeby energie lze rozdělit do dvou kategorií:

1. snížení množství energie potřebné na plošině
2. zvýšení systému řízení spotřeby

Chcete-li snížit spotřebu energie na plošině, je důležité dobře naplánovat vrtné operace. Efektivní proces vrtání dává nižší spotřebu paliva na vrtanou nohu, a proto méně emisí. Automatické systémy míchání bahna, jako jsou systémy implementované v komplexu Valhall v Severním moři, snižují nákladné chyby při míchání, vystavení nebezpečnému materiálu a nadměrné emise (odkaz 4). Pečlivé plánování vrtacími inženýry a logistickým personálem může snížit prostoje a vést k efektivnějšímu procesu vrtání. Integrace dálkově ovládané rotační a zdvihací cementové hlavy s provozem s horním pohonem snižuje dobu montáže zařízení, což vede k kratší době přechodu mezi provozem skříně a cementováním (odkaz 5). A konečně, program údržby zaměřený na spolehlivost (RCM) může také snížit prostoje soupravy, zvýšit bezpečnost a poskytnout lepší návratnost investic. Například RCM společnosti Ensco vedlo k 63% návratnosti investic (odkaz 2).

konstrukce vrtné soupravy je také důležitá. Dobře navržené pracovní prostory a obytné prostory snižují potřebu vytápění a chlazení a jsou zvláště důležité v drsném, chladném prostředí, kde je potřeba vytápění obvykle velká. Tvar trupu a horní konstrukce vrtné soupravy vytvářejí odpor větru. Pokud lze tento odpor větru snížit, může být snížena spotřeba energie.

důležitým faktorem ovlivňujícím spotřebu energie na vrtné soupravě na moři jsou prostředky, kterými je vrtná souprava umístěna. Kotvící plavidla mají mnohem nižší spotřebu energie ve srovnání s dynamicky umístěnými (DP) plavidly, protože motory na plavidlech DP používají energii k umístění soupravy. ABB, britský výrobce energetických a automatizačních technologií, vyvinul pohonný systém Azipod® – systém azimutových trysek sestávající z elektromotoru s proměnnou rychlostí, který pohání vrtuli s pevnou roztečí v modulu ponořeném mimo trup lodi; mezi motorem a motorem nejsou umístěny žádné převody ani pohony hřídele. Azipod® může snížit potřebu pohonné energie o 10-20% ve srovnání s tradičními mechanickými řešeními azimutových trysek (odkaz 3).

volba vyrovnávacího systému heave má také vliv na spotřebu energie. Použití aktivních zvedacích drawworks (AHD), plně elektrického řešení, má různé energetické potřeby ve srovnání s řešením válcové soupravy nebo tradičním kompenzátorem namontovaným na korunu (CMC), protože tyto kompenzační systémy se spoléhají na různé kombinace hydraulických a elektrických zařízení. Hlavními výhodami hydraulického zařízení jsou poměr výkonu k velikosti akčních členů a jejich schopnost ukládat energii; hydraulické zařízení je menší a lehčí než jeho elektrický ekvivalent, zatímco plynové akumulátory používané v hydraulických systémech ukládají dočasné kolísání energie nákladově efektivním způsobem a budou pokračovat v práci v případě výpadku napájení. Nevýhody hydraulického zařízení jsou potřeba velké a těžké hydraulické pohonné jednotky (HPU) potřebné k napájení zařízení a teplotní závislost systému. Umístění HPU na plošinu může být problematické, zejména pro plováky. Vlastnosti hydraulické kapaliny se mění s teplotou a mohou mít vliv na celkový výkon systému. Na druhé straně je celková účinnost elektrických systémů 85-90% ve srovnání s přibližně 70% u hydraulického systému (odkaz 1). Tato zvýšená účinnost činí elektrickou energii preferovanou volbou pro vysoce výkonná zařízení. Elektrické systémy také umožňují přesné řízení točivého momentu i otáček a eliminují nebezpečí úniku hydraulické kapaliny pro životní prostředí. Hlavním omezením elektrického systému je ukládání energie, které je obvykle ve formě velkých a těžkých baterií.

systém CMC používá standardní jeřáby a standardní tažné práce s hydraulicky kompenzovaným systémem instalovaným na horní straně jeřábu. Tento systém způsobuje nejmenší zatížení derrickovy struktury, ale má omezenou kompenzační schopnost. Jeho rozložení nejvyšší hmotnosti může ovlivnit stabilitu plavidla a snížit nosnost paluby. CMC bude mít mnohem nižší spotřebu energie při provozu v drsných oblastech ve srovnání s jinými kompenzačními systémy heave. Schéma systému CMC je uvedeno níže.

Obrázek 1: kompenzátor namontovaný na koruně Shaffer (z odkazu 7)

řešení válcové soupravy nahrazuje jeřáb stožárem a tažné zařízení hydraulickými válci. Tato konfigurace snižuje těžiště soupravy a snižuje hmotnost věže. Kompenzační schopnost heave je omezena konstrukcí kompenzačního válce. Přestože systém vyžaduje těžký HPU k provozu, typické umístění HPU pod podlahou plošiny zlepšuje stabilitu soupravy snížením těžiště. Použití více válců a vodičů poskytuje redundanci v případě poruchy. Výměna tažných zařízení s válci eliminuje velkou část hluku na vrtné podlaze.

systém AHD také používá standardní derrick, ale s plně elektronickým ovládáním drawworks pro kompenzaci heave. Střídavé motory poskytují přesné řízení tažných zařízení s typickou přesností kompenzace menší než 2%. Rekuperační energie vytvořená brzděním může být přiváděna zpět do soupravy pro spotřebu jiným zařízením. Stejně jako řešení cylinder rig, konstrukce AHD má nižší těžiště než systémy CMC, ale má nižší hmotnost než systémy cylinder rig a CMC. Heave kompenzace není omezena jako v jiných systémech. Hlavní nevýhodou AHD systémů je použití střídavě napájených drawworks, které mohou být hlučné v uzavřeném pracovním prostředí.

zvýšená flexibilita při výrobě energie na plošině může být dosažena použitím systémů řízení spotřeby a použitím filozofie zatížení. Záměrem zde by bylo spustit generátory při správném zatížení, spíše než spustit všechny generátory na volnoběh. K tomu lze použít kombinaci různých výkonů (velikostí) generátorů; alternativně může být řešením provoz většiny generátorů s optimálním zatížením a jednoho nebo dvou generátorů s proměnným zatížením. Jednoduché rozvody elektrické energie mohou snížit frekvenci výpadků snížením počtu přiřazovacích systémů a křížových připojení. Tam, kde jsou součásti systému méně a efektivnější, sníží se náklady na výrobu a údržbu a místnost zařízení bude mít na plošině menší stopu.

systémy rekuperace tepla používané k rekuperaci tepla z výfukových plynů mohou být použity místo výroby tepla z parních kotlů, kotlů s tepelným olejem nebo elektrických ohřívačů. To také poslouží ke snížení spotřeby energie.

vyspělost technologie

klíčové metriky

rozhodovací ovladače

provozní problémy / rizika

analýzy rizik by měly být vždy prováděny

příležitosti / obchodní případ

• účinné vrtné operace a programy navrhování vrtů přispějí k dodávce vrtů ve zkráceném čase as nižší spotřebou energie, čímž se sníží celkové provozní náklady.
• snížené spalování paliva může vést ke snížení emisí skleníkových plynů
• příležitost ke snížení hluku

průmyslové případové studie

simulace systému ukládání energie na bázi setrvačníku pro vrtání na moři (odkaz 6)

Podrobná simulace vyrovnávacího potrubí, založená na skutečném tahu HITEC AHC-1000® a matematickém modelu dynamiky setrvačníku, byla použita k analýze očekávaného výkonu rozsáhlého zařízení.systém ukládání energie na bázi setrvačníku. Spotřeba paliva byla založena na vlastnostech dieselového generátoru Caterpillar. Simulace byla provedena pomocí Simulink ve spojení s Matlab (datový tok grafický programovací jazyk nástroj). Simulace ukázala snížení průměrné spotřeby elektrické energie až o 75% A až o 90% při odběru špičkového výkonu. Topologie směrování výkonu a simulované profily zatížení jsou uvedeny níže.

Obrázek 2: topologie směrování výkonu

obrázek 3: simulované zátěžové profily

1. Tapjan, R. a Kverneland, Hege. (2010). „Návrhy hydraulických a elektrických souprav: klady a zápory na floater heave kompenzačních systémů‘. Vrtací dodavatel (webové stránky): efektivní Souprava, 8 září 2010.
2. Liou, J. (2012). „Program údržby zaměřený na spolehlivost snižuje prostoje a vede k 63% návratnosti investic“. Vrtací dodavatel (webové stránky): efektivní Souprava, 7 Smět 2012.
3. Langley, D. (2011). „Vrhá světlo na elektrickou jednoduchost“. Vrtný dodavatel (web): efektivní Souprava, 21 září 2011.
4. Gunnerod, J., Serra, S., Palacios-Ticas, M. and Kvarne, O. (2009). „Vysoce automatizovaný systém vrtných kapalin zlepšuje HSE a efektivitu, snižuje personální potřeby“. Vrtací dodavatel (webové stránky): vrtání bezpečně, 17 leden 2009.
5. Cummins, T. (2011). „Upravená cementová hlava zkracuje dobu přípravy, rizika“. Vrtný dodavatel (web): efektivní Souprava, 21 září 2011.
6. Williams, K. R.a de Jone, H. J. „technologie hybridního vrtu snižuje emise, provozní náklady na vrtání na moři“. Vrtný dodavatel, září / říjen 2009, s. 52-60.
7. National Oilwell Varco (webová stránka)
8. Transocean (webová stránka): Sedco Express