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为压裂设备配上中央神经系统

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数字化完井系统集成了OFS数据,提高了压裂效率,降低了作业成本。

编辑 | 大安

Cold Bore科技公司的SmartPAD是一种新型的数字工业物联网(IIOT)完井技术,通过使用传感器驱动的软件,取代了压裂过程中精确度较低的人工手动记录模式。该系统将所有服务商的实时作业数据显示在同一个屏幕上,并生成一个时间序列的井口作业日志。

2020年的国际油价暴跌,是油气行业发展史上最严重的一次。WTI(西得克萨斯中质原油)年初处于60美元/桶的价格区间,但由于沙特阿拉伯和俄罗斯之间激烈的价格战、Covid-19引发的全球需求锐减以及原油库存能力不足等诸多因素导致原油期货价格在4月中旬暴跌300%,降至-37.63美元/桶。后面,鉴于沙特阿拉伯和俄罗斯之间达成的减产协议以及中国市场需求不断增长等原因,油价有所回升但仍然过低,难以有效刺激钻探活动复苏。由于新冠肺炎疫情和未来市场需求的不确定性,加上全球高库存和闲置产能,使WTI在今年剩余时间内的价格预期在40美元/桶左右。

这些因素导致美国二叠纪盆地的钻探活动急剧减少。二叠纪盆地曾是美国页岩油行业的宠儿,在过去十二年里一直引领着世界石油产量的增长,但现今二叠纪运营商的利润大幅下降,大多数都大幅削减了资本支出和运营规模。那些仍在生产的企业正在寻求任何可能的手段来提高生产率。由于WTI原油价格在30美元/桶位置徘徊,二叠纪盆地多数企业只能弥补现金成本。

应对低效挑战

与制造业、零售业和食品服务等许多其他行业一样,数字解决方案经实践证明可行且高效。数字化和自动化技术取代了更昂贵、耗时且危险的人工操作,改变了二叠纪油田运营商从页岩中提取原油的方式。在当今市场的紧张局势下,数字解决方案可以降低盈亏平衡成本,从而生产商可以通过降低商品价格来盈利。

在完井过程中,公司通常会安排员工在井口记录各种服务数据,然后手动跟踪作业时间序列数据,这个过程本质上低效且精确度低。然后,运营商的数据需要与服务公司的原始数据(通常记录和格式都不同)进行协调,这是一项更加艰巨和欠精确的工作。

数字转换

Cold Bore科技公司的SmartPAD是一种数字完井技术,可以取代欠精确的手动跟踪方式。作为世界上第一个通用型完井操作系统,SmartPAD改变了Permian盆地、Bakken页岩和加拿大西部生产商的作业模式,效率大幅提高,同时也带来了竞争优势。

“我们把SmartPAD称为中央神经系统,”Cold Bore公司总裁Brett Chell解释道,“通过连接一系列不同服务公司的自动化设备,来实现效率提高。井口阀门分布在六个不同的位置,SmartPAD系统使用安装在井口阀门上的传感器来测量压力数据,如图1所示。自动数据由系统的工业物联网传感器驱动的软件实时捕获。其结果是将所有服务公司的数据,包括盘管、电缆、压裂、泵注、水量和砂量数据整合到一个屏幕上。

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图1所示,在压裂作业期间,六个井口阀门均安装有传感器,用于测量压力数据。

SmartPAD解决了运营商目前面临的一个最艰巨的挑战:如何追踪他们的运营时间序列数据。Chell解释道:“我们的软件可以对压裂树(备注:压裂树是压裂设备的重要组成部分,主要由多个压裂闸阀和压裂头组成。主要作用:从多个压裂管汇输入到压裂头内,通入压裂闸阀,进入井底对岩层进行压裂作业,通过压裂闸阀开关来控制压裂作业。)进行状态检测。”它用每秒记录的格式数据取代了员工的手动记录方式,系统通过时间轴将所有服务数据附加到操作日志中,并自动填充到WellView和OpenWells中。“它是一个完全自主化的系统,所有人都可以访问这些完全格式化的时间序列数据。”

通过在现场安装一个基于许可的边缘服务器,实现所有服务公司的数据共享,也可以远程共享至全球各地的运营商办公室(如图2所示)。可在一个中心位置同时对多个压裂点进行监测,这大幅降低了基础设施建设需求和运营支出。

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图2所示,数据采集单元能够实现所有服务商压裂作业信息的数据共享,并支持在计算机或pad设备上的远程访问。

实时数据捕获的优势。SmartPad具备实时捕获工作流的能力,能够更好地理解操作关键路径。由于数据被跟踪到第二步,可将预期的工作计划与实际的工作流程进行比较,从而减少非生产时间(NPT),同时记录生产效率的提高(PEG)(图3所示)。Chell解释道:“从服务角度来说,最难跟踪的事情之一就是何时优化操作或执行速度何时比预期更快。通过应用SmartPad技术,就可以轻松而精确地追踪到PEG。”

当所有的相关服务数据通过工作流汇聚到一起,Cold Bore的压裂分析工具就会发挥作用。该软件允许运营商将压裂数据集与其他数据集相叠加,从而获得新的信息。Chell说:“开发软件的初衷是为了迎合客户的需求,它能识别问题并给出解决方案。最终,我们将把软件植入到设备之中,便于它做出调整。通过应用该款“利器”,运营商还可把工人转移出危险的“红区”,大大提高作业的安全性。

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图3所示,关键路径仪表板帮助运营商实时获取可视化工作流,进而更深入地理解操作关键路径。该特性能够帮助工程师减少NPT并记录PEG。

“SmartPAD提供了一个以操作人员为中心的视角,”Chell继续说道。“例如,仅仅查看弯流参数不会产生多大价值,客户更想了解地是它与时间序列的关系。相对于花费的时间,你所有的原始值意味着什么?”该系统既能优化现场操作,也能优化办公室操作。井口作业时间日志,即从压裂树传感器中提取的时间序列数据,是无偏差和标准化的,这意味着可交付成果和未完成的目标、非作业时间和生产效率提高等方面都易于辨别,而且不会受到运营商和服务公司之间作业分歧的影响。

自动化智能合同功能可增加价值。运营商和服务公司之间通过应用“两次握手机制”来签订智能合同,能够就合同上的任何贷方或借方达成一致,因而可以在第二阶段进行交易。Chell解释道:“你可以对绩效合同做出任何基于绩效的小改动。在工作结束前,一切都是公正和可调解的。所以,当他们离开时,既没有客户经理,也没有比较数据集,一切都完成了,双方都是同意的。”

自动化智能合同也可以用作绩效激励。由于合同可以在第二阶段达成一致,并在一天内完成交易,运营商可以选择优先向“五星”服务商支付费用,而后再向“两星”服务商支付费用。Chell说道:“这是一个基于时间序列数据的自我物质激励的支付计划。服务公司要想更快地获得现金流回报,就必须尽力提供更优质的服务。”

现场应用

当前,二叠纪盆地的部分运营商正在应用SmartPAD系统,其中Hibernia Resources公司今年安装部署了该系统,美国石油天然气公司Parsley Energy(以下简称PE)首席运营官John Blevins III强调指出了远程访问系统的益处。他说:“该系统帮助我能够在休斯敦和米德兰的办公室远程监测现场压裂作业动态,并可以查看历史数据。通过快速浏览两口井在过去6个小时内的压裂数据,可以比较其压裂效果。我们还可以利用它做很多其他的事情,公司顾问们也在现场广泛应用它。”

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图4所示,Brett Chell和一位现场技术人员在检查二叠纪盆地压裂作业中多家服务商的数据。

Hibernia使用SmartPAD来研究换井效率,这是二叠系盆地作业人员为了缩短压裂时间所面临的主要问题。“我们在研究哪家服务商的作业效率最高,是如何运作的,以及我们可以学到哪些,” Blevins解释说。“我们可以诊断每天、每分钟、每秒钟所发生的事情。通常情况下,我们不会在意看起来属于正常操作的零碎时间或偏低的操作效率。当压裂段数高达390个,如果每段压裂可以节省3分钟,这将是一个巨大的改变,绝对可以影响全局。通过短暂使用SmartPAD系统,Hibernia可以使工作人员在11~12分钟的时间内完成换井压裂,大约可节省20个小时。“没有哪家公司能比我们更高效,或者做得更安全。”Blevins说道。

Chell强调指出:“SmartPAD系统的一个关键优势是能够缩短单段压裂用时,所节约的时间还可用来增加新的压裂段数。”

通过基于权限的登录系统与所有人共享数据,这个功能非常实用。Blevins表示:“我们非常乐意与现场的每个人共享数据,只有这样团队才能了解各自的表现是好是坏。每天早上,各家服务商可以在现场或远程登录系统,查看施工质量并给出改进措施。由于这款系统能显著提高作业效率,所以应该是颇受大家青睐的。”

操作人员可以通过SmartPAD进行效率对比:人员效率、服务公司效率、井间效率以及极板间效率。Chell说道:“关键是所有的数据都是格式化的,而且是在操作环境中进行的。拥有这个“利器”后,你就可以要求对数据集进行“定制”分析,而你所要做的就是建立可视化。”

Hibernia也实现了作业后的效率提升。Blevins说道:“SmartPAD提供了一种简单有效的方法来核对发票单据时间。最终,我们在额外增加的作业时间里节省了大约3万美元。”

案例研究2。PE公司自五年前起就一直致力于作业效率的提高。公司负责完井业务的高级经理Agustin De Fex说道:“目的是实现资源的优化配置,降低施工安全风险。”

现场员工手工记录压裂数据和作业效率,录入excel电子表格,并依靠编程技能逐个案例进行分析。虽然初期效率区间为25%~30%,但仍需要额外的成本投入,并需要数月时间来了解和优化,公司要想完成泵注目标需要每天工作18个小时以上。

De Fex解释说:“两年前,我们与Cold Bore公司进行了技术交流,并意识到我们可以在现场获得更精确的时间序列数据,并能把零碎的几分钟时间利用起来,作业效率得以提升。”

De Fex和他的团队将压裂作业划分为42个小步骤,各个步骤都进行实时数据精准测量。他说:“我们确定了关键路径和步骤,并设置了安全警报,用来保障人员安全。效率显著提高,我们感到无比欣喜。”

效率提高不是以安全为代价获得的。作业安全永远是排在首位的,需要单独的预算。De Fex说道:“通过应用SmartPad系统,工作人员不需要记录每个步骤的作业数据,只需要专注于工作流程。现场施工安全性更高,实现了双赢。”

PE公司希望能与Cold Bore公司建立长期合作伙伴关系。“PE还是一家年轻的公司,我们非常关注未来的发展态势,”De Fex解释说,“我们寻找能够满足自身需求的合作伙伴,在Cold Bore公司的技术支持下,我们快速提高了压裂效率,实现收支平衡,相信不久后便会开始盈利了。”

创新技术得到长足发展

在过去的一年里,从美国二叠纪盆地到加拿大不列颠哥伦比亚省的蒙特尼(Montney)气田,Cold Bore为众多的北美压裂运营商安装了SmartPAD智能系统。Chell说道:“许多运营商对我们提供的技术如饥似渴,需求迫切!预计在2020年剩下的时间里,国际油价仍将保持低位,运营商们正在努力减少停工时间,提高作业安全性和效率,而SmartPAD系统正好能满足这一要求。”

没有人知道2020年剩下的时间里会发生什么事情,油价“前途未卜”。无论价格如何发展,二叠纪油气运营商都需要采用最优化的技术解决方案,才能在2021年及以后的时间里继续生存并谋求发展壮大。Cold Bore公司的SmartPAD系统将是他们可以借助的一把利器。

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