IoT dans le pétrole et le gaz :analyse de la technologie et des cas d'utilisation

Les activités d'extraction et de transport de pétrole et de gaz sont remplies de défis. Pour rester compétitives, les entreprises de cette industrie doivent continuellement s'efforcer de produire du pétrole brut et des produits raffinés à moindre coût. Ils cherchent également constamment à améliorer et à étendre la valeur de leurs actifs existants tout en recherchant de nouvelles réserves de pétrole et de gaz. Et les normes environnementales deviennent de plus en plus strictes, exigeant la transparence des opérations et des contrôles plus stricts de la production et de la distribution.

Pour surmonter ces défis, les sociétés pétrolières et gazières du monde entier réfléchissent à nouveau de manière créative. Gardez à l'esprit que de tels défis ne sont pas nécessairement nouveaux pour l'industrie pétrolière et gazière. Au cours des dernières décennies, il y a eu une énorme incitation à améliorer l'efficacité et à réduire les temps d'arrêt, ce qui a conduit à la mise en œuvre de choses comme l'analyse prédictive et l'apprentissage automatique. (Certains les classeraient comme faisant partie de l'Internet des objets, ou IoT, mais ma définition de « IoT » est plus étroite, se référant spécifiquement aux capteurs et contrôleurs connectés et à tout ce qui se trouve en amont de cela - des choses qui créent des données ou peuvent prendre des mesures basé sur la commande.)

Maintenant, les données analytiques deviennent plus faciles à acquérir grâce à l'IoT. La technologie de connectivité s'améliore, les capteurs sont moins chers, une technologie à faible consommation d'énergie est disponible et les batteries peuvent durer plus longtemps. Tous ces développements signifient que les sociétés pétrolières et gazières peuvent utiliser plus de capteurs dans plus d'endroits pour surveiller les machines et les conditions environnementales, en particulier sur ce « dernier kilomètre », où une connectivité abordable n'était auparavant pas une option.

Dans cet article, nous allons d'abord explorer comment les méthodes traditionnelles utilisées par les sociétés pétrolières et gazières pour la surveillance évoluent. Nous examinerons ensuite plusieurs cas d'utilisation où les réseaux étendus à faible consommation (LPWAN) peuvent offrir une solution hybride unique pour les applications M2M dans l'industrie pétrolière et gazière.

Méthodes intelligentes de surveillance du pétrole et du gaz

Les sociétés pétrolières et gazières ont généralement de nombreux actifs distants qui nécessitent une surveillance. Traditionnellement, ils ont utilisé les méthodes de surveillance suivantes :

• Systèmes de contrôleurs logiques programmables (PLC). Il s'agit essentiellement de communications IoT filaires, et elles sont fréquemment utilisées dans le domaine industriel. Le défi de la collecte de données à l'aide de fils est que quelqu'un doit exécuter ces fils, et ce processus peut devenir assez coûteux. De plus, l'architecture de ces systèmes câblés est plus complexe, donc une fois que vous avez construit un système PLC, vous êtes coincé avec. Fréquemment, ces systèmes utilisent des normes de communication série (comme RS-232 et RS-435).
• Communications par satellite (comme Iridium et Inmarsat). L'inconvénient ici est que la connectivité par satellite peut être coûteuse. Cependant, étant donné que les industries pétrolières et gazières avaient traditionnellement une grande incitation à la surveillance à distance, les coûts étaient souvent justifiés.
• Veille physique. Employer des personnes pour se promener physiquement et surveiller les niveaux et les mesures à la main est quelque chose que de nombreuses sociétés pétrolières et gazières font encore. L'avantage de cette méthode est qu'elle est relativement simple et facile à mettre en œuvre, et qu'il existe un historique de formation pour accompagner cette méthode. D'un autre côté, le temps et les coûts de main-d'œuvre associés à ce type de surveillance peuvent être élevés, en particulier dans les endroits éloignés (comme là où se trouvent de nombreux puits de pétrole et de gaz).

Chacune de ces solutions présente des avantages et des considérations à prendre en compte. Les principales considérations sont :

• Prix : Le coût d'installation d'un système filaire est généralement assez élevé.
• Complexité : La surveillance par satellite, par exemple, nécessite souvent de nombreux liens de communication pour fournir des informations.
• Heure : La surveillance physique des champs de pétrole et de gaz demande des efforts et une main-d'œuvre considérables.

Alors que le marché de la machine à machine (M2M) s'est développé et étendu au cours des dernières années, certaines sociétés pétrolières et gazières cherchent à prendre ce qui était autrefois câblé et à le rendre sans fil, afin de pouvoir consolider davantage leurs connexions. Les solutions IoT sans fil permettent à ces entreprises de faire les choses de manière plus ad hoc. Par exemple, ils peuvent ajouter 100 capteurs dans un seul puits, puis ajouter 1 000 autres capteurs lorsqu'ils le jugent nécessaire. C'est beaucoup plus facile avec les technologies sans fil que pour les CPL et autres systèmes câblés. Remarque :Étant donné que le processus de surveillance des puits est très complexe avec de nombreuses pièces mobiles (et beaucoup de valeur), il n'est pas toujours judicieux d'utiliser la technologie sans fil, même si elle est disponible. Cela ne peut être déterminé qu'au cas par cas.

Comment la technologie IoT façonne les industries du pétrole et du gaz

L'industrie pétrolière et gazière évolue encore lorsqu'il s'agit de tirer pleinement parti de l'IoT ; il n'a pas encore révolutionné le pétrole et le gaz comme il a d'autres industries. Cependant, l'IoT est ce qui permet aux entreprises de collecter plus facilement des informations vitales, ce qui a conduit à des décisions commerciales plus éclairées. La technologie sans fil connectée aide les industries pétrolières et gazières :

• Optimiser pour des activités de pompage efficaces.
• Entretenir les canalisations et les puits.
• Surveiller les pannes d'équipement et les fuites de gaz.
• Surveiller l'épaisseur, les températures et l'érosion des tuyaux dans une raffinerie.

L'IoT sans fil permet aux entreprises de surveiller plus de choses à l'aide de la technologie au niveau des capteurs, de prendre moins de lectures à la main et de collecter plus de données et d'informations afin de mieux optimiser les processus commerciaux. Je ne peux pas parler de ce qui se passe dans les coulisses avec les mégadonnées, mais je peux parler du fait que l'IoT piloté par des capteurs peut rendre le processus de collecte de ces données considérablement plus facile.

Par exemple, il est important, même pour une petite compagnie pétrolière, d'avoir une optimisation de puits solide pour augmenter sa rentabilité. Si l'entreprise fore un nouveau puits, elle doit injecter des produits chimiques dans le puits pour empêcher les roches de s'accumuler, ce qui fournit une viscosité pour tirer les roches pendant que l'entreprise fore. Une fois le puits en ligne et en production, l'entreprise doit faire un bilan de pression, s'assurer que les températures sont correctes, s'assurer qu'elle extrait les bonnes quantités de pétrole, etc. Lorsqu'il y a plus de points de données sur les conditions microscopiques dans un puits (allant des températures, des pressions, des taux, des compositions chimiques, de la viscosité, etc.), l'entreprise est en mesure de collecter les données nécessaires, d'effectuer des analyses de post-production, d'optimiser le courant et futurs processus de forage et, espérons-le, augmenter sa part de marché et sa rentabilité.

Cela rappelle les systèmes de contrôle industriels et leur évolution vers le sans fil. Comme le pétrole et le gaz, l'automatisation industrielle existe depuis très longtemps. Ces entreprises ont commencé à utiliser des technologies IoT filaires originales pour réduire les coûts et connecter des parties de leurs réseaux contrôlés. Mais à mesure que l'automatisation des capteurs sans fil est devenue plus répandue sur le marché, et donc plus accessible, ces entreprises ont pu utiliser des capteurs sans fil pour se connecter plus facilement, capturer plus de données, analyser ces informations et améliorer leurs processus.

Examinons quelques-unes des façons dont les sociétés pétrolières et gazières utilisent l'IoT pour collecter ces données exploitables, améliorant ainsi les opérations.

Internet des objets :5 cas d'utilisation du pétrole et du gaz

Les cas d'utilisation de l'IoT qui génèrent actuellement le plus de valeur pour l'industrie pétrolière et gazière se concentrent sur la réduction du temps non productif (NPT). Le NPT, qui peut être causé par n'importe quoi, des intempéries aux pannes d'équipement, a un impact majeur sur les revenus, représentant environ 10 à 20 % des coûts totaux de forage. L'IoT aide les entreprises à lutter contre le NPT en leur permettant d'effectuer une meilleure maintenance prédictive, de prévoir plus précisément les pannes et de détecter rapidement les fuites, essentiellement pour trouver les problèmes avant qu'ils ne commencent.

Mais la construction d'un réseau pétrolier et gazier IoT pour une zone peu peuplée ou isolée peut s'avérer assez difficile. Il n'y a souvent pas la cohérence nécessaire dans le placement des nœuds pour un réseau maillé, la couverture cellulaire est souvent indisponible et les connexions satellite et filaires sont très coûteuses. Dans de nombreux cas, les réseaux étendus à faible puissance (LPWAN) offrent une bonne alternative pour la communication M2M dans le pétrole et le gaz.

Surveillance des plates-formes pétrolières et gazières en mer

La majeure partie de la production pétrolière et gazière offshore se fait dans des environnements assez extrêmes où il existe peu de réseaux de communication disponibles, ce qui rend la surveillance des températures, des pressions, des débits et d'autres caractéristiques délicate et coûteuse. Souvent, les réseaux cellulaires ne sont pas une option. Et bien que vous puissiez utiliser un réseau WiFi ou un réseau maillé, vous devrez probablement le sur-concevoir pour qu'il soit fonctionnel. Pour faire face à ces réalités, les données critiques sont généralement extraites via l'utilisation de communications par satellite ou de réseaux câblés, qui ont tous deux un coût élevé.

En utilisant les LPWAN, vous pouvez connecter beaucoup plus de points de surveillance à relativement peu de frais. Par exemple, vous pouvez connecter xx détecteurs de fuites sur xx puits situés dans une zone de xx milles carrés sur un réseau LPWAN. Chacun de ces détecteurs renvoie ensuite des informations à un point central, qui est connecté à un satellite. (Ou, les données pourraient simplement être traitées sur place, selon les désirs et les besoins de l'entreprise.) Une solution hybride comme celle-ci vous permet de collecter beaucoup plus de données que la méthode de surveillance traditionnelle. Les LPWAN peuvent également être utiles pour mesurer la salinité (pour s'assurer qu'il n'y a pas de fuites eau-carburant) et surveiller l'équipement et le personnel sur place.

Surveillance de la raffinerie

Dans une raffinerie de pétrole et de gaz, l'Internet des objets peut être utilisé pour surveiller des éléments tels que l'épaisseur des tuyaux, le débit, la pression des tuyaux, etc. Si ces zones sont accessibles au personnel humain, de nombreuses mesures sont généralement enregistrées à la main. Mais l'enregistrement manuel de cette quantité d'informations est un travail fastidieux et assez coûteux pour l'entreprise.

Gardez à l'esprit que certaines zones d'une raffinerie doivent être mesurées en temps réel, par exemple, une vanne qui doit être contrôlée en fonction d'un débit surveillé ailleurs. Dans ce cas, un changement de débit nécessiterait une commande quasi instantanée de la vanne. Avec la plupart des systèmes radio, il est difficile de garantir que les données sont envoyées en temps réel avec une précision de 100 %. Les systèmes LPWAN ne sont généralement pas conçus pour des débits extrêmement élevés. Donc, si des lectures doivent être prises toutes les fractions de seconde, la raffinerie s'appuiera probablement sur un système câblé.

Mais que fait l'Internet des objets (IoT) fait permettre est de toucher plus de points pour des données plus précises. Par exemple, de nombreux aspects d'une raffinerie sont conçus avec des niveaux d'incertitude spécifiques, car ils ne peuvent tout simplement pas être mesurés. Par exemple, une partie particulière de la raffinerie peut ne pas être en mesure de fonctionner à la même pression que si davantage de points de lecture étaient disponibles. Pour résoudre ce problème, l'IoT pourrait fournir une meilleure compréhension et des données supplémentaires sur le flux, permettant à la raffinerie de fonctionner à une capacité plus élevée. Le réseau IoT permettrait également à la raffinerie d'économiser de l'argent en limitant le personnel nécessaire à la surveillance manuelle ou la quantité d'équipements nécessitant des communications filaires.

Surveillance des pipelines

L'une des principales préoccupations concernant les oléoducs et les gazoducs est la fuite et les dommages financiers, environnementaux et de réputation qu'elle pourrait causer. Si du méthane est libéré sans être brûlé, il a, livre pour livre, environ 25 fois plus d'impact sur le changement climatique que le dioxyde de carbone sur une période de 100 ans. Il existe également un risque d'explosion élevé pour une fuite de gaz lorsqu'il est exposé à la pression atmosphérique. Et si le pétrole ne présente pas de risque d'explosion, il existe des risques majeurs liés aux fuites de pipelines. Les entreprises pourraient perdre leurs actifs et leur pollution pourrait entraîner des amendes astronomiques.

Avant l'IoT, Internet par satellite surveillait les points clés du pipeline et extrapolait les données pour mesurer les performances totales du système. Avec l'intégration de solutions pétrolières et gazières machine-to-machine (M2M), plus de points clés peuvent être surveillés pour moins d'argent.

L'IoT peut également aider à surveiller les composants du pipeline, comme les pompes et les filtres. Sans un système « intelligent », une entreprise devrait envoyer quelqu'un pour effectuer une maintenance de routine périodique tous les trois mois, par exemple. Mais avec les données supplémentaires que l'entreprise pourrait recueillir à partir de son système IoT, elle pourra peut-être attendre la maintenance et le remplacement de la pompe et du filtre jusqu'à ce que les performances du système commencent à décliner (bien qu'une certaine quantité de maintenance préventive soit toujours effectuée avec prudence).

Surveillance des têtes de puits

Aujourd'hui, plusieurs sociétés, comme Ambyint (anciennement PumpWell) et WellAware, fournissent des solutions IoT pour la surveillance des têtes de puits et des vérins de pompage et d'autres besoins de surveillance du gaz et du pétrole. Selon WellAware, ses solutions de gestion de la production aident les entreprises à réduire les dépenses d'exploitation de location, à minimiser les temps d'arrêt imprévus et à garantir la sécurité et la conformité réglementaire. Les entreprises de données collectent des flux dans une plate-forme qui peut indiquer à l'entreprise, par exemple, si elles doivent injecter plus de produits chimiques ou de vapeur dans le puits, ou quel type de pression de vide est optimale compte tenu des conditions.

Il y a beaucoup de choses qui entrent dans le processus d'extraction de pétrole et de gaz, et les appareils IoT facilitent la surveillance et la collecte de données sur ces choses. Le visuel ci-dessous, créé par Emerson Process Management, décrit certaines des menaces courantes pesant sur les performances des puits.

Transport de fret pétrolier et gazier

La surveillance des cargos de pétrole et de gaz est similaire au cas d'utilisation offshore en ce sens qu'il n'y a généralement pas de connectivité au milieu de l'océan autre que l'Internet par satellite. Si vous souhaitez collecter des données autour de votre navire, qui peuvent être elles-mêmes très volumineuses, vos options sont limitées.

Les LPWAN vous permettent de surveiller à distance les parties du navire auxquelles le personnel ne se rend pas régulièrement (ou sont presque impossibles d'accès). Cela ajoute une couche de sécurité et de commodité. Alors que certains éléments des cargos pétroliers et gaziers doivent être câblés en raison des besoins en temps réel de l'installation de propulsion, certains éléments non opérationnels (températures, pressions, débits, etc.) n'ont pas besoin d'être ramenés par satellite, ou connecté en temps réel. Par conséquent, les petits réseaux IoT peuvent être d'excellentes alternatives aux capteurs et jauges filaires.

Gestion de la chaîne d'approvisionnement

La nature dynamique de l'industrie pétrolière et gazière peut rendre difficile la planification et l'optimisation des stocks. L'IoT peut aider à la planification et à la programmation des achats. Par exemple, les raffineries pourraient utiliser des capteurs pour détecter quels types de pétrole brut ou de mélanges de pétrole brut arrivent et/ou où chaque type est stocké. Disposer de ces données serait précieux pour les décisions de production et d'exploitation. Il pourrait également être utilisé pour mesurer la composition du brut à des fins d'inventaire.

Évolution constante

Le pétrole et le gaz intelligents ont été et continueront d'être des processus qui évoluent depuis longtemps. L'Internet des objets n'a pas radicalement changé ces domaines, mais la technologie sans fil donne aux sociétés gazières et pétrolières un avantage unique. En fait, je pense qu'ils sont bien placés pour faire certains de leurs plus grands progrès maintenant que connecter des « objets » est moins cher et que la technologie est plus sophistiquée que jamais. Si les entreprises peuvent collecter des informations (et ainsi effectuer d'autres analyses de données) avec un nombre limité de points finaux, imaginez tout ce qui pourrait être fait avec des informations plus granulaires.

La connectivité n'est pas un problème pour tout le monde dans l'industrie pétrolière et gazière. Si vous avez accès à des réseaux cellulaires et que ce que vous surveillez a une valeur suffisamment élevée pour mériter le prix, vous n'aurez peut-être pas besoin de la technologie LPWAN. Mais si vous cherchez à améliorer votre efficacité opérationnelle et à réduire vos coûts de plusieurs manières, ces informations peuvent vous aider à recruter des opérateurs historiques sur le marché.

Si vous rencontrez des problèmes de connectivité dans votre application pétrolière et gazière, contactez-nous pour voir comment nous pouvons vous aider.