Topic ultima recensione: 10 aprile 2013
Settori: Upstream
L’energia necessaria sulle piattaforme di perforazione offshore è solitamente fornita da motori diesel. In genere questi motori utilizzano 20-30 m3 di gasolio al giorno, a seconda delle operazioni eseguite. Diverse misure possono essere utilizzate per ridurre il consumo di energia, la quantità di gasolio bruciato e le emissioni nell’aria. Le misure per ridurre il consumo di energia possono essere suddivise in due categorie:
- Ridurre la quantità di energia necessaria sul rig
- Migliorare il sistema di gestione dell’alimentazione
Per ridurre la domanda di energia sul rig, è importante pianificare bene le operazioni di perforazione. Un efficiente processo di perforazione riduce il consumo di carburante per piede forato e quindi riduce le emissioni. I sistemi automatici di miscelazione dei fanghi, come quelli implementati nel complesso Valhall nel Mare del Nord, riducono i costosi errori di miscelazione, l’esposizione a materiali pericolosi e le emissioni eccessive (riferimento 4). Un’attenta pianificazione da parte degli ingegneri di perforazione e del personale logistico può ridurre i tempi di inattività e ottenere un processo di perforazione più efficiente. L’integrazione di una testa di cemento rotante e di sollevamento telecomandata con le operazioni di funzionamento dell’involucro superiore riduce i tempi di attrezzaggio delle apparecchiature, riducendo i tempi di transizione tra l’esecuzione dell’involucro e le operazioni di cementazione (riferimento 5). Infine, un programma RCM (Reliability-Centered Maintenance) può anche ridurre i tempi di fermo impianto, migliorare la sicurezza e fornire un migliore ritorno sull’investimento. Ad esempio, l’RCM di Ensco ha prodotto un ritorno sull’investimento del 63% (riferimento 2).
Anche la progettazione della piattaforma di produzione è importante. Le aree di lavoro e gli alloggi ben progettati riducono la necessità di riscaldamento e raffreddamento e sono particolarmente importanti in ambienti duri e freddi, dove la necessità di riscaldamento è tipicamente grande. La forma dello scafo e il design della parte superiore della piattaforma di perforazione creano resistenza al vento. Se questa resistenza del vento può essere ridotta, il consumo di energia può essere ridotto.
Un fattore importante che influenza il consumo di energia su una piattaforma di perforazione offshore è il mezzo con cui la piattaforma di perforazione è posizionata. Le navi ormeggiate hanno un consumo energetico molto inferiore rispetto alle navi posizionate dinamicamente (DP), poiché i motori delle navi DP utilizzano energia per posizionare l’impianto di perforazione. ABB, un produttore britannico di tecnologie di potenza e automazione, ha sviluppato il sistema di propulsione Azipod® – un sistema di propulsione azimutale costituito da un motore elettrico a velocità variabile che aziona un propulsore a passo fisso in un pod immerso all’esterno dello scafo della nave; nessun ingranaggio o azionamento dell’albero si trova tra il motore e il propulsore. L’Azipod® può ridurre il fabbisogno energetico di propulsione del 10-20% rispetto alle tradizionali soluzioni di propulsore meccanico azimutale (Riferimento 3).
La scelta del sistema di compensazione del sollevamento ha anche un impatto sul consumo energetico. L’uso di active heave drawworks (AHD), una soluzione completamente elettrica, ha esigenze energetiche diverse rispetto alla soluzione cylinder rig o al tradizionale compensatore montato a corona (CMC) perché questi sistemi di compensazione si basano su diverse combinazioni di apparecchiature idrauliche ed elettriche. I principali vantaggi delle apparecchiature idrauliche sono il rapporto potenza-dimensione degli attuatori e la loro capacità di immagazzinamento dell’energia; le apparecchiature idrauliche sono più piccole e più leggere del loro equivalente elettrico, mentre gli accumulatori di gas utilizzati nei sistemi idraulici memorizzano le fluttuazioni temporanee di energia in modo economico e continueranno a funzionare in caso di interruzione di corrente. Gli svantaggi delle apparecchiature idrauliche sono la necessità di un’unità di potenza idraulica grande e pesante (HPU) necessaria per alimentare l’apparecchiatura e la dipendenza dalla temperatura del sistema. Il posizionamento dell’HPU sul rig può essere problematico, specialmente per i floater. Le proprietà del fluido idraulico variano con la temperatura e possono avere un impatto sulle prestazioni complessive del sistema. D’altra parte, l’efficienza complessiva degli impianti elettrici è dell ‘ 85-90% rispetto a circa il 70% per un sistema idraulico (riferimento 1). Questa maggiore efficienza rende l’energia elettrica l’opzione preferita per apparecchiature ad alta potenza. I sistemi elettrici consentono inoltre un controllo accurato della coppia e della velocità ed eliminano il rischio ambientale di perdite di fluido idraulico. La limitazione principale per il sistema elettrico è l’accumulo di energia, che è tipicamente sotto forma di batterie grandi e pesanti.
Il sistema CMC utilizza un derrick standard e drawworks standard con un sistema a compensazione idraulica installato sopra il derrick. Questo sistema infligge la minor quantità di carico sulla struttura della torre, ma ha limitato la capacità di compensazione del sollevamento. La sua distribuzione del peso superiore può influenzare la stabilità della nave e ridurre la capacità di carico della piattaforma. Il CMC avrà un consumo energetico molto più basso durante il funzionamento in aree difficili rispetto ad altri sistemi di compensazione del sollevamento. Di seguito è riportato uno schema di un sistema CMC.
Figura 1: Il compensatore montato a corona Shaffer (dal riferimento 7)
La soluzione dell’impianto di perforazione del cilindro sostituisce la torre con un albero e i drawworks con i cilindri idraulici. Questa configurazione abbassa il baricentro dell’impianto e riduce il peso della torre. La capacità di compensazione del sollevamento è limitata dal design del cilindro di compensazione. Sebbene il sistema richieda un HPU pesante per funzionare, il posizionamento tipico dell’HPU sotto il pavimento dell’impianto migliora la stabilità dell’impianto abbassando il baricentro. L’uso di più cilindri e fili fornisce ridondanza in caso di guasto. La sostituzione dei trafili con cilindri elimina gran parte del rumore sul pavimento di perforazione.
Il sistema AHD utilizza anche un derrick standard ma con controllo completamente elettronico dei drawworks per la compensazione del sollevamento. I motori a corrente alternata forniscono un controllo accurato dei drawworks con una precisione di compensazione tipica inferiore al 2%. La potenza rigenerativa creata dalla frenata può essere reintrodotta nell’impianto per il consumo da altre apparecchiature. Come la soluzione cylinder rig, il design AHD ha un baricentro più basso rispetto ai sistemi CMC ma ha un peso inferiore rispetto ai sistemi cylinder rig e CMC. La compensazione del sollevamento non è limitata come negli altri sistemi. Lo svantaggio principale dei sistemi AHD è l’uso di drawworks alimentati a corrente alternata, che possono essere rumorosi in un ambiente di lavoro limitato.
Una maggiore flessibilità nella produzione di energia sull’impianto di perforazione può essere ottenuta utilizzando sistemi di gestione dell’alimentazione e applicando una filosofia di carico di potenza. L’intenzione qui sarebbe quella di eseguire i generatori al carico corretto piuttosto che eseguire tutti i generatori inattivo. Per consentire ciò, è possibile utilizzare un mix di diverse potenze (dimensioni) dei generatori; in alternativa, la maggior parte dei generatori può essere utilizzata su carico ottimale e uno o due generatori su carico variabile. I semplici sistemi di distribuzione dell’energia elettrica possono ridurre la frequenza dei blackout riducendo il numero di sistemi di assegnazione e connessioni incrociate. Dove i componenti del sistema sono meno e più efficienti, i costi di produzione e manutenzione saranno ridotti e la sala macchine avrà un ingombro minore sull’impianto.
I sistemi di recupero del calore utilizzati per recuperare il calore dai gas di scarico possono essere utilizzati al posto della produzione di calore da caldaie a vapore, caldaie ad olio termico o riscaldatori elettrici. Ciò servirà anche a ridurre il consumo di energia.
Maturità tecnologica
| Disponibile in commercio?: | Sì |
| Redditività offshore: | Sì |
| Retrofit di un campo dismesso?: | Sì |
| Anni di esperienza nel settore: | <5 |
Metriche Chiave
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Gamma di applicazione:
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Tutti gli impianti di perforazione deve essere ben pianificato e progettato |
| Efficienza: | A seconda della misura |
| Orientamento costi di capitale: | A seconda della misura. Il buon design e la pianificazione iniziale di un nuovo impianto di perforazione faranno risparmiare costi a lungo termine. |
| Linea guida costi operativi: | Minor consumo di carburante (diesel). Un’operazione di perforazione più efficiente farà risparmiare sui costi operativi. |
| Ambito tipico del lavoro descrizione: |
Nella fase di progettazione di una nuova piattaforma di perforazione offshore è importante pianificare attentamente il pozzo per ridurre al minimo il consumo di energia. Questo può essere fatto attraverso la cooperazione tra operatori con esperienza di perforazione e il proprietario dell’impianto. Saranno necessari input da ingegneri di perforazione, ingegneri di processo, ingegneri meccanici e ingegneri ambientali. Per le vecchie piattaforme di perforazione offshore con il potenziale per risparmiare energia, i tempi e i costi totali di costruzione del pozzo devono essere analizzati e confrontati con le nuove piattaforme di perforazione che incorporano una tecnologia a basso consumo energetico. Le valutazioni di fattibilità dei costi di retrofit devono essere eseguite per l’installazione di sistemi automatici di miscelazione del fango, sistemi di compensazione del sollevamento migliorati e sistemi integrati di gestione dell’alimentazione. Le valutazioni di efficienza energetica possono anche essere effettuate sull’efficacia degli impianti di riscaldamento, in modo che gli ingegneri di processo, meccanici ed elettrici possano considerare, ad esempio, la sostituzione dei vecchi riscaldatori con unità di recupero del calore di scarto o l’installazione di generatori a carico variabile. Tali modifiche possono essere costose su alcuni impianti di perforazione, quindi il costo in conto capitale delle modifiche dovrebbe essere confrontato con i risparmi operativi in termini di minore consumo di energia/carburante e riduzione delle emissioni di gas a effetto serra (GHG), prima di prendere la decisione di sostituire i vecchi riscaldatori. |
Driver decisionali
| Tecnico: | Design |
| Operativo: | Le operazioni di perforazione efficienti ridurranno il consumo di energia; l’automazione riduce le esigenze del personale |
| Commerciale: |
Prezzo diesel |
| Ambientale: | Ridurre le emissioni GHG Ridurre le emissioni di COV, NOX, SOX e altre sostanze inquinanti pericolosi inquinanti come la formaldeide (meno di carburante diesel a combustione) |
Problemi di funzionamento e/o rischi
Pericolo di analisi deve essere sempre eseguita
Opportunità/business case
- Efficienti le operazioni di perforazione e la progettazione di programmi contribuirà alla fornitura di pozzetti in tempi ridotti e con un basso consumo di energia, riducendo così i costi operativi totali.
- di carburante Ridotto cottura possono portare a una riduzione delle emissioni di gas serra
- Possibilità di ridurre il rumore
Industria Studi di Caso
Simulazione di volano-based sistema di stoccaggio di energia per la perforazione in mare aperto (Riferimento 6)
Una dettagliata simulazione di un tirare di compensazione drawworks, basata su una reale HITEC AHC-1000® drawworks e un modello matematico di volano dinamiche, è stato utilizzato per analizzare l’anticipata esecuzione di un grande volano basato su sistema di stoccaggio di energia. Il consumo di carburante era basato sulle caratteristiche di un gruppo elettrogeno diesel Caterpillar. La simulazione è stata eseguita utilizzando Simulink in combinazione con Matlab (uno strumento di linguaggio di programmazione grafico del flusso di dati). La simulazione ha mostrato una riduzione fino al 75% della domanda media di energia elettrica e fino al 90% dell’assorbimento di potenza di picco. La topologia del power routing e i profili di carico simulati sono mostrati di seguito.
Figura 2: topologia di alimentazione
Figura 3: Profili di carico simulati
- Tapjan, R. e Kverneland, Hege. (2010). ‘Idraulico vs disegni impianto elettrico: pro e contro sui sistemi di compensazione floater heave’. Drilling Contractor (sito web): The Efficient Rig, 8 settembre 2010.
- Liou, J. (2012). “Il programma di manutenzione centrato sull’affidabilità riduce i tempi di inattività, con un ROI del 63%”. Drilling Contractor (sito web): The Efficient Rig, 7 maggio 2012.
- Langley, D. (2011). ‘Far luce sulla semplicità elettrica’. Drilling Contractor (sito web): The Efficient Rig, 21 settembre 2011.
- Gunnerod, J., Serra, S., Palacios-Ticas, M. e Kvarne ,O. (2009). “Il sistema di fluidi di perforazione altamente automatizzato migliora l’HSE e l’efficienza, riduce le esigenze del personale”. Drilling Contractor (sito web): Drilling It Safely, 17 gennaio 2009.
- Cummins, T. (2011). “La testa di cemento modificata riduce i tempi di rig-up, i rischi”. Drilling Contractor (sito web): The Efficient Rig, 21 settembre 2011.
- Williams, K. R. e de Jone ,H. J. “La tecnologia di perforazione ibrida a sollevamento riduce le emissioni e i costi operativi per la perforazione offshore”. Drilling Contractor, settembre / ottobre 2009, pp. 52-60.
- Pozzo petrolifero nazionale Varco (sito web)
- Transocean (sito web): Sedco Espresso