onderwerp laatst Beoordeeld: 10 April 2013
sectoren: Upstream

de energie die nodig is op offshore booreilanden wordt gewoonlijk geleverd door dieselmotoren. Meestal gebruiken deze motoren 20-30 m3 diesel per dag, afhankelijk van de uitgevoerde handelingen. Er kunnen verschillende maatregelen worden genomen om het energieverbruik, de hoeveelheid diesel die wordt verbrand, en de uitstoot in de lucht te verminderen. Maatregelen ter vermindering van het energieverbruik kunnen in twee categorieën worden onderverdeeld:

1. vermindering van de hoeveelheid energie die nodig is op de boorinstallatie
2. verbetering van het energiebeheersysteem

om de vraag naar energie op de boorinstallatie te verminderen, is het belangrijk de boorwerkzaamheden goed te plannen. Een efficiënt boorproces zorgt voor een lager brandstofverbruik per geboorde voet, en dus minder uitstoot. Automatische moddermengsystemen, zoals die van het Valhall-complex in de Noordzee, verminderen kostbare mengfouten, blootstelling aan gevaarlijk materiaal en excessieve emissies (referentie 4). Zorgvuldige planning door booringenieurs en logistiek personeel kan downtime verminderen en resulteren in een efficiënter boorproces. De integratie van een op afstand bestuurbare roterende en hijsende cementkop met top-drive behuizing-lopende operaties vermindert de installatie-up tijd, wat leidt tot minder overgangstijd tussen behuizing-lopen en cementeren operaties (referentie 5). Ten slotte kan een reliability-centered maintenance (RCM) – programma ook de stilstandtijd van de installatie verminderen, de veiligheid verbeteren en een beter rendement op de investering opleveren. De RCM van Ensco heeft bijvoorbeeld geleid tot een rendement van 63% (referentie 2).

het ontwerp van de boorinstallatie is ook belangrijk. Goed ontworpen werkruimten en woonruimten verminderen de behoefte aan verwarming en koeling en zijn vooral belangrijk in zware, koude omgevingen, waar de behoefte aan verwarming meestal groot is. Romp vorm en bovenzijde ontwerp van het booreiland maken wind slepen. Als deze windweer kan worden verminderd, kan het energieverbruik worden verminderd.

een belangrijke factor die van invloed is op het energieverbruik op een offshore booreiland is de wijze waarop de booreiland wordt geplaatst. Aangemeerde schepen hebben een veel lager energieverbruik in vergelijking met dynamisch geplaatste (DP) schepen, omdat de motoren op dp schepen energie gebruiken om het tuig te positioneren. ABB, een in het Verenigd Koninkrijk gevestigde fabrikant van kracht-en automatiseringstechnologieën, heeft het Azipod®—voortstuwingssysteem ontwikkeld-een gepodde azimutschroef-systeem dat bestaat uit een elektromotor met variabele snelheid die een vaste schroef aandrijft in een pod die buiten de scheepsromp wordt ondergedompeld; er bevinden zich geen tandwielen of asaandrijvingen tussen de motor en de schroef. De Azipod® kan de energiebehoefte van de aandrijving met 10-20% verminderen in vergelijking met traditionele mechanische azimutschroef-oplossingen (referentie 3).

de keuze voor een compensatiesysteem voor zware lasten heeft ook gevolgen voor het energieverbruik. Het gebruik van active heave drawworks (AHD), een volledig elektrische oplossing, heeft verschillende energiebehoeften in vergelijking met de cilinder rig oplossing of traditionele crown mounted compensator (CMC) omdat deze compensatiesystemen afhankelijk zijn van verschillende combinaties van hydraulische en elektrische apparatuur. De belangrijkste voordelen van hydraulische apparatuur zijn de verhouding vermogen / grootte van de actuatoren en hun vermogen om energie op te slaan; hydraulische apparatuur is kleiner en lichter dan zijn elektrische equivalent, terwijl de gasaccumulatoren die in hydraulische systemen worden gebruikt, tijdelijke energieschommelingen op een kostenefficiënte manier opslaan en blijven werken in geval van een stroomstoring. De nadelen van hydraulische apparatuur zijn de behoefte aan een grote en zware hydraulische unit (HPU) die nodig is om de apparatuur aan te drijven, en de temperatuurafhankelijkheid van het systeem. De plaatsing van de HPU op het tuig kan problematisch zijn, vooral voor drijvers. De eigenschappen van hydraulische vloeistof variëren met de temperatuur, en kan een impact hebben op de algehele prestaties van het systeem. Aan de andere kant is het totale rendement van elektrische systemen 85-90%, tegen ongeveer 70% voor een hydraulisch systeem (referentie 1). Deze verhoogde efficiëntie maakt elektrische energie de voorkeursoptie voor high-powered apparatuur. Elektrische systemen maken ook nauwkeurige controle van zowel koppel en snelheid mogelijk en elimineren het milieurisico van hydraulische vloeistoflekken. De belangrijkste beperking voor het elektrische systeem is energieopslag, die meestal in de vorm van grote en zware batterijen.

het CMC-systeem maakt gebruik van een standaard derrick en standaard drawworks met een hydraulisch gecompenseerd systeem bovenop de derrick. Dit systeem legt de minste hoeveelheid belasting op de derrick structuur, maar heeft beperkte hef compensatie vermogen. De top-zware gewichtsverdeling kan de stabiliteit van het schip beïnvloeden en de laadcapaciteit van het dek verminderen. De CMC zal een veel lager energieverbruik hebben tijdens het werken in barre gebieden in vergelijking met andere hefcompensatie systemen. Hieronder wordt een diagram van een CMC-systeem weergegeven.

figuur 1: De op de Shaffer-Kroon gemonteerde compensator (zie referentie 7)

de oplossing van de Cilinderopstelling vervangt de boortoren door een mast en de drawworks door hydraulische cilinders. Deze configuratie verlaagt het zwaartepunt van het tuig en vermindert het gewicht van de toren. De hefcompensatie wordt beperkt door het ontwerp van de compensatiecilinder. Hoewel het systeem een zware HPU nodig heeft om te werken, verbetert de typische plaatsing van de HPU onder de boorvloer de stabiliteit van de boorinstallatie door het zwaartepunt te verlagen. Het gebruik van meerdere cilinders en draden zorgt voor redundantie in geval van storing. De vervanging van drawworks door cilinders elimineert veel van het lawaai op de boorvloer.

het AHD-systeem maakt ook gebruik van een standaard boortoren, maar met een volledig elektronische besturing van de drawworks voor de compensatie van de romp. AC motoren zorgen voor een nauwkeurige regeling van de drawworks met een typische compensatie nauwkeurigheid van minder dan 2%. Het regeneratieve vermogen dat door het remmen wordt gegenereerd, kan worden teruggevoerd naar de installatie voor verbruik door andere apparatuur. Net als de cilinder rig oplossing, het AHD-ontwerp heeft een lager zwaartepunt dan CMC systemen, maar heeft een lager gewicht dan zowel de cilinder rig en CMC systemen. De hoogte van de compensatie is niet beperkt zoals in de andere systemen. Het belangrijkste nadeel van AHD-systemen is het gebruik van AC-aangedreven drawworks, die luidruchtig kunnen zijn in een beperkte werkomgeving.

een grotere flexibiliteit bij de energieproductie op de installatie kan worden bereikt door gebruik te maken van energiebeheersystemen en een filosofie van de vermogensbelasting toe te passen. De bedoeling hier zou zijn om de generatoren op de juiste belasting te laten draaien in plaats van alle generatoren op stationair draaien. Om dit mogelijk te maken, kan een mix van verschillende vermogensoutput (groottes) van generatoren worden gebruikt; als alternatief kunnen de meeste generatoren op optimale belasting en één of twee generatoren op variabele belasting een oplossing zijn. Eenvoudige elektriciteitsdistributiesystemen kunnen de frequentie van black-outs verminderen door het aantal toewijzingssystemen en crossover-verbindingen te verminderen. Wanneer systeemcomponenten minder en efficiënter zijn, zullen de productie-en onderhoudskosten worden verlaagd en zal de apparatuurruimte een kleinere voetafdruk op het tuig hebben.Warmteterugwinningssystemen die worden gebruikt om warmte uit uitlaatgassen terug te winnen, kunnen worden gebruikt in plaats van warmteproductie uit stoomketels, thermische olieketels of elektrische verwarmingstoestellen. Dit zal ook dienen om het energieverbruik te verminderen.

looptijd van de technologie

Belangrijke Statistieken

stuurprogramma ‘ s voor beslissingen

Operationele Problemen/risico ‘s

risicoanalyses moet altijd worden uitgevoerd op

Kansen/business case

• Efficiënt boren en goed ontwerp programma’ s zal bijdragen aan de levering van putten in minder tijd en met minder energie, waardoor de totale operationele kosten.
• Minder brandstof ontslaan kan leiden tot een vermindering van de uitstoot van broeikasgassen
• Mogelijkheid om ruis te verminderen

Industrie Case Studies

Simulatie van het vliegwiel op basis van energie-opslag systeem voor offshore-boringen (Referentie 6)

Een gedetailleerde simulatie van een ruk compenseren drawworks, gebaseerd op een werkelijke HITEC AHC-1000® drawworks en een wiskundig model van het vliegwiel dynamics, werd gebruikt voor het analyseren van de te verwachten prestaties van een grootschalige vliegwiel op basis van energie-opslagsysteem. Het brandstofverbruik was gebaseerd op de kenmerken van een Caterpillar dieselgeneratorset. De simulatie werd uitgevoerd met Simulink in combinatie met Matlab (een data flow graphical programming language tool). De simulatie toonde een daling van maximaal 75% in de gemiddelde vraag naar elektriciteit, en tot 90% in piekvermogen te trekken. De power routing topologie en gesimuleerde laadprofielen worden hieronder weergegeven.

Figuur 2: topologie van de Stroomroutering

Figuur 3: gesimuleerde capaciteitsprofielen

1. Tapjan, R. en Kverneland, Hege. (2010). ‘Hydraulische vs elektrische rig ontwerpen: voors en tegens op floater heave compensation systems”. Booraannemer (website) : de efficiënte Rig, 8 September 2010.
2. Liou, J. (2012). ‘Reliability-centered maintenance program reduceert downtime, results in 63% ROI’. Boren Aannemer (website) : de efficiënte tuig, 7 mei 2012.
3. Langley, D. (2011). ‘Licht werpen op elektrische eenvoud’. Booraannemer (website) : de efficiënte boorinstallatie, 21 September 2011.
4. Gunnerod, J., Serra, S., Palacios-Ticas, M. en Kvarne, O. (2009). ‘Sterk geautomatiseerd boorvloeistofsysteem verbetert HSE en efficiëntie, vermindert personeelsbehoeften’. Booraannemer (website): veilig boren, 17 januari 2009.
5. Cummins, T. (2011). “Modified cement head snijdt tuig-up tijd, risico ‘s”. Booraannemer (website) : de efficiënte boorinstallatie, 21 September 2011.
6. Williams, K. R. en de Jone, H. J. “Hybrid heave drilling technology reduceert emissions, operating costs for offshore drilling”. Booraannemer, September / oktober 2009, pp. 52-60.
7. National Oilwell Varco (website)
8. Transocean (website): Sedco Express