Drillbotics: Wo junge Ingenieure die Zukunft des Bohrens erkunden können

Drillbotics ist vereinfacht ausgedrückt Roboterbohren.

Der jährliche Drillbotics-Wettbewerb wird von der Drilling Systems Automation Technical Section (DSATS) der SPE ausgerichtet. Universitätsteams aus der ganzen Welt wetteifern darum, auf der IADC/SPE International Drilling Conference and Exhibition einen SPE-Beitrag zu präsentieren.

Die endgültige Auswahl des diesjährigen Wettbewerbs sieht die Universität Stavanger als Gewinner des virtuellen Tests, der während der COVID-19-Pandemie eingeführt wurde, und die Technische Universität Clausthal als Gewinner des hybriden Präsenz- und virtuellen Tests.

Drillbotics-Wettbewerb 2023

Während der diesjährige Wettbewerb zu Ende geht, blicken wir auf die Teilnehmer zurück. Im vergangenen Herbst hatten sich dreizehn Teams angemeldet, die aus sieben Ländern auf vier Kontinenten kamen. Wir hatten sechs Teams in Gruppe A (virtuelle Anlage) und sieben in Gruppe B (physische Anlage). Der Aufwand erwies sich für viele Teams als zu schwierig, da nur sechs einen Phase-I-Designbericht einreichten. Zwei der sechs konnten ihre Bohrinsel nicht fertigstellen und zogen sich im Frühjahr zurück.

Zu den Finalisten der Phase II gehörten:

Virtueller Test der Gruppe A

Gruppe B Hybrider persönlicher und virtueller Test

UMaT hat sein Richtbohrmodell und seine Benutzeroberfläche erheblich verbessert. Sie bauten geschickt ein Modell, das automatisch einen Kurs vorgab und weichere Formationen baute oder umdrehte, um eine insgesamt höhere Durchdringungsrate zu erzielen. UiS war das erste Team, das die neue Well-Control-Option zum Erkennen und Eindämmen eines Tritts nutzte. Sie überwachten den Ein-/Ausfluss und die Grubenfüllstände, nutzten Bohrtechniken mit kontrolliertem Druck und ihr Modell enthielt einen Algorithmus zur Reduzierung falsch-negativer Warnungen.

Das Team aus Deutschland reiste nach Belgien, um an Mons teilzunehmen. Beide Teams der Gruppe B bauten und betrieben physische Bohrgeräte, um autonom eine Richtbohrung zu bohren. Als erster Teilnehmer konzentrierte sich UMons auf den Bau eines Bohrgeräts, das für vertikale Bohrungen geeignet ist, und war auf Anhieb erfolgreich, was, wie wir alle wissen, keine Kleinigkeit ist. TUC verbesserte sein Miniatur-RSS durch den Wechsel von einer hydraulischen zu einer mechanischen Steuerung. Ihre Arbeit verkürzte die BHA mit einem neu gestalteten Bohrlochwerkzeug und Bohrer, der einen Einbau von bis zu 8° im kleinen 1-1/2-Zoll ermöglichte. Loch. Sie erzeugten außerdem ein künstliches Magnetfeld, das stark genug war, um vom Miniatur-Untertagesensor erkannt zu werden.

Zum ersten Mal in der Geschichte des Wettbewerbs werden beide Gewinnerteams gemeinsam den SPE-Artikel verfassen, der auf der IADC/SPE International Drilling Conference and Exhibition im nächsten Jahr vorgestellt wird. In dem Dokument werden die Anstrengungen zum Entwerfen und Erstellen der Arbeitsprodukte der einzelnen Teams beschrieben und deren Auswirkungen auf das automatisierte Bohren untersucht.

Geschichte des Wettbewerbs

Der wahre Preis des Wettbewerbs ist die Kameradschaft der gemeinsamen harten Arbeit, um Dinge zu lernen, die nicht in Lehrbüchern stehen. Die Teams müssen Kenntnisse über Bohrausrüstung und -techniken sowie über Kenntnisse im Erkennen und Beheben von Bohrstörungen nachweisen.

Der Wettbewerb wird in einem Loch mit 1,5 Zoll Durchmesser mit einem verkleinerten Mini-Rig von etwa 2 m Höhe durchgeführt. Stellen Sie sich die Schwierigkeit vor, ein rotierendes steuerbares System (RSS) oder einen Bohrmotor plus Bohrlochsensoren in einer Bohrlochsohlenbaugruppe (BHA) zu simulieren, die in einem so kleinen Bohrloch steuern können, um drei Ziele in einem 2×2×1 Fuß großen Gestein zu treffen. Und Noch etwas: Die Teilnehmer müssen dies freihändig tun.

Dieses Forschungsprojekt bereitet die Studierenden darauf vor, in unserer Branche mit stark nachgefragten Fähigkeiten einzusteigen. Teammitglieder arbeiten in einem interdisziplinären Umfeld, um mit anderen zu kommunizieren und von ihnen zu lernen. Ein Hintergrund in der Erdöltechnik hilft zusätzlich zu grundlegenden Bohrvorgängen dabei, Bohrstörungen zu erkennen und zu ermitteln, wie diese gemindert werden sollten. Um die physische Anlage zu bauen und die Reaktion einer virtuellen Anlage zu modellieren, sind Maschinenbau und Elektrotechnik erforderlich. Die Ausbildung in Maschinensteuerung umfasst das Verständnis von Reaktionszeiten, Alarmsystemen und menschlichen Faktoren für Benutzeroberflächen. Fast alle Teams nutzen irgendeine Form von künstlicher Intelligenz, um ihre Automatisierungsalgorithmen zu trainieren und zu testen. Sie lernen außerdem, sichere Betriebssysteme und Verfahren zu erstellen und zu befolgen. Zukünftige Arbeitgeber geben unseren Studenten aufgrund dieser einzigartigen Kombination von Fähigkeiten in der Regel gute Bewertungen.

Dieses Programm begann im Jahr 2014, wurde jedoch im Jahr 2020 aufgrund der COVID-19-Pandemie unterbrochen. Das Wettbewerbs-Herausforderungsteam erfuhr, dass Universitäten es den Teams nicht erlauben würden, sich in Klassen oder Laboren zu versammeln. Im nächsten Jahr, da vielerorts immer noch die COVID-19-Beschränkungen gelten, wurde der Wettbewerb auf einen Wettbewerb mit einem virtuellen Rig umgestellt.

Die Teams mussten immer noch ein Richtbohrloch bohren, allerdings mit einer simulierten Bohranlage und virtuellen Bohrungen. Es gab einen Widerstand von Teams, die immer noch eine physische Anlage bauen und betreiben wollten, sodass der Wettbewerb 2021 damit begann, die Gewinner beider Gruppen auszuzeichnen. Für 2023 haben wir eine Brunnensteuerungsoption für den virtuellen Wettbewerb hinzugefügt.

Der Wettbewerb ändert sich jedes Jahr, wobei im September neue Richtlinien herausgegeben werden. Die Teams verbringen den Herbst damit, ihre Anlagen und Steuerungsalgorithmen zu entwerfen und reichen bis zum 31. Dezember einen Phase-I-Bericht ein. Die Juroren überprüfen ihre Arbeit im Januar und wählen die Finalisten aus, die im späten Frühjahr an einem Phase-II-Test teilnehmen.

Anschließend trifft sich das Komitee, um die Gewinner auszuwählen. Die Juroren geben jedem Team Feedback, um ihnen im nächsten Jahr zu helfen. Der Entwurfsbericht der Phase I wird bis zum Ende des Abschlusstests als geschützte Information behandelt. Anschließend werden alle Berichte online veröffentlicht, um die Wissensdatenbank weiterzugeben. Studentenpräsentationen, Fragen und Antworten der Juroren und Abschlusstests werden alle aufgezeichnet und online geteilt, um die Einführung dieser Technologie zu erleichtern.

Zukunftspläne

Das Drillbotics Committee hegt mehrere langfristige Hoffnungen, darunter die Nutzung der Mini-Rigs für zusätzliche Forschungsarbeiten über die Konkurrenz hinaus. Ein früherer Konkurrent aus Norwegen macht das jetzt. Diese Bohrgeräte eignen sich hervorragend für die Untersuchung von Bohrgestängevibrationen und Datenanalysetechniken. Vielleicht könnten diese Bohrinseln an die Verwendung von Industriekommunikationsstandards angepasst werden, die derzeit in Betracht gezogen werden, um Anwendungen von Drittanbietern zu verifizieren und zu validieren, die für die Bohrautomatisierung auf Bohrinseln im Originalmaßstab entwickelt werden. Zukünftige Studierende werden dies und noch mehr wahrscheinlich umsetzen.

Über die harte Arbeit der Studierenden und Professoren hinaus möchten wir vor allem allen Sponsoren und Freiwilligen danken, die im Hintergrund arbeiten und maßgeblich dazu beitragen, dass alles möglich ist. Unser Challenge-Team legt jedes Jahr Ziele fest, deren Namen und Zugehörigkeiten Sie in den Richtlinien finden. Unsere Sponsoren haben bisher insgesamt über 360.000 US-Dollar bereitgestellt, aber wir brauchen jetzt Spenden für das nächste Jahr.

In diesem Jahr erhielten wir großzügige Unterstützung von Baker Hughes, EnTech Energy Technologies Co. (Saudi-Arabien), Equinor, ISCWSA (SPE Wellbore Positioning Technical Section), NOV, Oxy, Patterson-UTI und ProDirectional Drilling Services.

Bisherige Sponsoren finden Sie hier.

Jeder, der nächstes Jahr mithelfen möchte, kann sich unter [email protected] an uns wenden. Die Teams benötigen Hilfe beim Kauf von Materialien und das Programm benötigt Mittel für Studentenreisen und Verbrauchsmaterialien. Helfen Sie bitte mit, wenn es nur darum geht, bei der Organisation eines Besuchs der Bohrinsel für die Schülerteams zu helfen, damit sie noch mehr Erfahrungen vor Ort sammeln können, oder als Mentor für eine örtliche Schule. Und natürlich betrachten Sie diese Studierenden bitte als potenzielle Mitarbeiter.

Suchen Sie nach einer Drillbotics-Dokumentation, die diesen Herbst erscheinen soll. David Gibson von Gibson Reports und seine Mitarbeiter folgten Studenten, Professoren, Sponsoren und Drillbotics-Freiwilligen auf der ganzen Welt, um in Laboren, Konferenzen und Büros zu filmen, um den Wettbewerb und seine Auswirkungen festzuhalten. Wir glauben, dass diese visuelle Erkundung des Programms mehr Beteiligung fördern wird.

Wir alle gratulieren den Freiwilligen, Sponsoren und Teams, die dieses Jahr teilgenommen haben, insbesondere den Finalisten und den endgültigen Gewinnern.