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Murphy Exploration and Production Company, die operative Tochtergesellschaft der Murphy Oil Corporation, betreibt derzeit etwa 700 produzierende Bohrlöcher mit Stabpumpen, die Behandlungen zum Korrosionsschutz erfordern. Korrosionsschutz ist ein wichtiger Teil des Produktionszyklus. Ein Ausfall einer Stabpumpe aufgrund von Korrosion kann zu hohen Reparaturkosten und Ausfallzeiten führen; Stangen sind aufgrund hoher Zugbelastungen besonders anfällig für Korrosionsschäden. Um sicherzustellen, dass das Bohrloch sicher funktioniert und Korrosion verhindert wird, wird an den fördernden Bohrlöchern eine Chargenbehandlung durchgeführt. Bei der Chargenbehandlung handelt es sich um ein Verfahren zur Behandlung von Bohrlöchern mit einer Mischung aus korrosionshemmenden Chemikalien und Wasser. Durch den Chargenbehandlungsprozess entsteht ein Schutzfilm auf der Metalloberfläche, der diese vor Korrosion schützt. Dieser Vorgang wird wiederholt und die Häufigkeit basiert auf vielen bohrloch- und produktionsbezogenen Variablen, um einen Ausfall der Stabpumpe zu verhindern. Um das Behandlungsprogramm zu optimieren, entwickelte Murphy ein RPA-Verfahren (Robot Process Automation), um den Zeitplan mithilfe von Datenalgorithmen und einer mobilen App dynamisch zu ändern.

Einleitung: Die Analyse der aktuellen Produktionsabläufe ist von entscheidender Bedeutung, um Best Practices zur Steigerung der Effizienz sowohl an Land als auch auf See durch Aufrechterhaltung der Qualität der Ausrüstung zu ermitteln. Der Einsatz von Technologie ermöglicht nicht nur eine schnelle Erledigung von Aufgaben, sondern trägt auch dazu bei, den Prozess zu verkürzen und durch die effiziente Zuweisung von Ressourcen bessere Ergebnisse zu erzielen.

Die wirtschaftliche Ölförderung von Murphy hängt weitgehend von der Reduzierung des Verschleißes der Bohrlochausrüstung und der an Bohrlöchern eingesetzten Rohre durch regelmäßige Überwachung und Chargenbehandlung ab, um das Risiko von Korrosion und kostspieligen Aufarbeitungen zu verringern. Bei der Chargenbehandlung wird eine Mischung aus Korrosionsinhibitor (CI) und Wasser eingespritzt, um die Korrosionsrate zu reduzieren und so einen reibungslosen Produktionsfluss an den Bohrlöchern ohne Störungen oder einen vollständigen Ausfall sicherzustellen.

Die Möglichkeit, dies an jedem einzelnen Bohrloch zu geringeren Kosten durchführen zu können, führt zu einer erheblichen Reduzierung der Gesamtbetriebskosten und sorgt für höhere Gewinne. Ein datengesteuerter Ansatz zur Planung der Chargenbehandlung kann auch die Behandlungshäufigkeit verringern und unnötigen Ressourcenverbrauch vermeiden.

Bei der Batch-Behandlung wird eine mit Wasser vermischte Chemikalie auf Imidazolinbasis injiziert und vom Kopf des Bohrlochs nach unten durch das Außengehäuse (OC) und nach oben durch das Rohr zirkuliert, wobei alle Oberflächen sowie die Pumpenstangenoberfläche gründlich beschichtet werden, um dies zu verhindern Korrosion, die die Oberfläche von Stahl beschädigen kann, wie in Abb. 1 dargestellt. Die Chargenbehandlung dient zwei Zwecken: der Überwachung der Korrosionsinhibitorschicht auf den Stäben und der Aufrechterhaltung der Beschichtung, um den Verschleiß der Ausrüstung durch Korrosion zu verlangsamen und sicherzustellen Langlebigkeit und reibungslose Funktion.

Die chemische Lösung ist so formuliert, dass sie Pumpanlagen vor der Einwirkung von Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid und Sauerstoff schützt. Eine Überbehandlung an Bohrlöchern, die dies nicht erfordern, und eine Unterbehandlung an Bohrlöchern, die dies erfordern, birgt jedoch das Risiko, dass der Betrieb an beiden Standorten ausfällt.

Murphy hat eine Robotic Process Automation (RPA) entwickelt, um Arbeitsabläufe zu automatisieren und die Behandlungsplanung digital abzuwickeln, indem historische Daten untersucht werden. Dies erforderte die Normalisierung historischer Daten, die Analyse der Bohrlochtiefe, der Rohrgrößen, der Stabkonstruktionen, der Produktionsraten und der Anwendungsbeschränkungen, um eine optimale Behandlungshäufigkeit und das Volumen an CI und Wassermischung zu bestimmen, das für einen dynamischen Zeitplan erforderlich ist. Die App wurde als Tool für die Außendienstmitarbeiter entwickelt, um alle vom Anbieter in der Vergangenheit durchgeführten Behandlungen und die injizierte CI-Menge im Auge zu behalten. Darüber hinaus verwenden Anbieter die App, um den Überblick über anstehende Behandlungen zu behalten, wodurch sich die durchschnittliche Behandlungshäufigkeit von einmal alle 15 Tage auf etwa einmal alle 28 Tage reduziert. Die Verwendung von Daten zur Festlegung von Zeitplänen kann auch zu einer individuelleren und gezielteren Betreuung des Bohrlochs führen. Der gesamte Ansatz lässt sich durch einen einfachen dreistufigen Prozess erklären, der in Abb. 2 detailliert dargestellt ist.

Ein automatisierter Prozess zur Planung und Priorisierung der Chargenbehandlung für Bohrlöcher mit Produktivität als Kriterium beseitigt Nachteile des aktuellen Planungsprozesses. Der bisherige Arbeitsablauf hing stark von der Verfügbarkeit der Techniker für den Prozess ab. Es gab keine Validierung der durchgeführten Behandlungen hinsichtlich des injizierten CI-Volumens oder der Wirksamkeit der Behandlung. Aufgrund der häufigen Planung waren die Kosten für CI, Wasser und LKW-Transporte höher.

Literaturrecherchen zur Chargenbehandlung ergaben, dass 1 Gallone Inhibitor ausreicht, um den reibungslosen Betrieb der Pumpen aufrechtzuerhalten, und dass selbst nach konservativen Maßstäben 5 Gallonen mehr als ausreichend sind. Zuvor wurden für die Behandlungen jedoch 10 Gallonen CI und 42 Gallonen Wasser für denselben Zweck verwendet. Dies erhöhte nicht nur das Risiko einer Überbehandlung, sondern auch, dass jede zusätzliche Gallone, die in einem bestimmten Jahr an jedem der 700 Brunnen gepumpt wurde, etwa 150.000 US-Dollar kostete.

Für die Kommunikation von Prioritäten, Rollen und Zielen an jedes Team sind Daten über die für einen solchen Prozess aufgewendeten Ressourcen, Zeit und Kosten von entscheidender Bedeutung. Daten über Ausfallzeiten der Ausrüstung an einem Bohrloch, ihre Auswirkungen auf die Produktion und die dadurch entstehenden zusätzlichen Kosten können verwendet werden, um vorherzusagen, welches Bohrloch bei der Planung von Chargenbehandlungen mehr Aufmerksamkeit erfordert. Die Informationen können dann dazu beitragen, Chancen in Einheiten aufzudecken, die mithilfe von Fördermitteln das wahre Produktionspotenzial erschließen können.

Der Algorithmus für die dynamische Planung der Behandlung basiert auf drei Schlüsselmetriken: Bohrflüssigkeitsproduktionsrate, Tiefe und Bohrlochtemperatur.

Die Überwachung der Produktion gibt Aufschluss über den geschätzten Grad der Korrosionshemmung, da die Flüssigkeitsdurchflussrate die Dicke des aufgetragenen CI-Schutzfilms beeinflusst, veranschaulicht durch die folgende direkt proportionale Beziehung:

(CI)t ∝ Durchflussrate (Flüssigkeit)

Daher liefert die Überwachung der Durchflussrate eine genaue Vorstellung über den CI-Volumenbedarf für die Erneuerung des Korrosionsinhibitorfilms auf der Anlage. Durch die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Films wird das Risiko von Lochfraß durch Bestandteile der produzierten Flüssigkeit wie H2S und CO2 verringert. Laut der von Sunder Ramachandran durchgeführten Studie zum Thema „Film Persistency of New High-Temperature Water-Based Batch Corrosion Inhibitors for Oil and Gas Wells“ muss die Schicht der Inhibitorflüssigkeit auf der Oberfläche eines Stabes präzise sein, um ihn vor Korrosion zu schützen 2,7 μm. Wenn für die Behandlung mehr CI-Gemisch hinzugefügt wird, fließt die überschüssige Menge an CI aus, was zu einer Verschwendung der CI-Chemikalie führt, und wenn weniger als 2,7 μm der Mischung hinzugefügt werden, würden sich CI-Flecken bilden Der Stab wird nicht vollständig beschichtet, was zu einer beschleunigten Korrosion führen würde. Daher sollten die Behandlungen immer entsprechend geplant werden, mit der entsprechenden CI-Menge, die erforderlich ist, um sicherzustellen, dass eine Dicke von 2,7 μm aufrechterhalten wird.

Wenn die Zeitpläne für die Korrosionsschutzbehandlung auf der Förderung aus Bohrlöchern basieren, liegt der Schwerpunkt nicht nur auf Bohrlöchern mit höheren Produktions- und Ausfallraten, sondern auch der Prozess selbst ist wissenschaftlich. Gemäß NACE International in „Recommended Practice for Corrosion Control of Sucker Rods by Chemical Treatment“ sollte die Dosierung von CI 25 ppm betragen, basierend auf der gesamten Flüssigkeitsproduktion zwischen den Behandlungen. Beispielsweise würde ein Brunnen, der 400 B/D produziert, 3 Gallonen CI pro Woche benötigen.

Das benötigte CI-Volumen basierend auf der Tiefe eines Brunnens kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden:

Vol.(CI) = 2πh·CI·(R+2·IC+OC)·0,0043,

Wo

Vol.(CI) = Volumen des Korrosionsinhibitors (US-Gallonen)h = Höhe des Bohrlochs (Zoll)CI = Filmdicke (Zoll)R = Radius der Pumpstange (Zoll)IC = Radius des Schlauchs (Zoll)OC = Radius von Außengehäuse (Zoll)0,0043 = Umrechnungsfaktor für Kubikzoll in US-Gallonen

Die Überwachung des Ausmaßes der Korrosion, die Pumpeinheiten beeinträchtigt (Abb. 3) und die Produktion gefährdet, sollte weiterhin untersucht werden, um zu berechnen, wie lange jedes Bohrloch ohne Behandlung auskommen kann. Mit der vorgeschlagenen Planungstechnik wird die Häufigkeit angepasst und der Einsatz von Inhibitoren basierend auf den aus Bohrlöchern gesammelten Daten reduziert, während bei Bohrlöchern, die häufigere Behandlungen erfordern, um einen optimalen Ertrag zu erzielen, nur die LKW-Kosten für eine Behandlung höher sein können.

Eine weitere wichtige Messgröße, die auf die Notwendigkeit einer Chargenbehandlung hinweisen kann, ist der Einfluss der Bohrlochtemperatur auf die Korrosionsrate. Höhere Temperaturen führen in einer bestimmten Zeit zu mehr Korrosion, und die regelmäßige Überwachung des Bohrlochstatus in der App mithilfe von Datenanalysen hilft Managern dabei, die Bohrlochbehandlung rechtzeitig zu planen. Pünktliche dynamische Behandlungshäufigkeiten sollten die Ausfallraten senken.

Die im Jahr 2019 gesammelten Materialdaten zeigen, dass die aktuellen Planungsmuster zu etwa 15.000 Behandlungen pro Jahr führten. Unterdessen konnte durch die vorgeschlagene Planung, die durch Datenoptimierung und Anwendung der Theorie an den Bohrlöchern ermittelt wurde, die Anzahl der jährlichen Behandlungen auf etwa 7.000 gesenkt werden, was dazu führte, dass etwa 51,1 % weniger für die Batch-Behandlung ausgegeben wurden. Abb. 4 zeigt ein Beispiel-Dashboard, das zum Verfolgen und Vergleichen von Kennzahlen zum Arbeitsablauf der Chargenbehandlung verwendet wird.

Die ständige Überarbeitung von Prozessen und die Einführung datengesteuerter, technologiebasierter Lösungen, um jede Möglichkeit zu nutzen, weniger auszugeben, ist ein Schritt in Richtung Unternehmenswachstum. Alle Annahmen müssen sorgfältig analysiert und überprüft werden, um sicherzustellen, dass wir uns mit der Zeit weiterentwickeln, ohne den Prognosen zu sehr zu vertrauen.

Ergebnisse: Die Planung von Behandlungen ist ein technologiegesteuerter Prozess mit einer hauseigenen App, die entwickelt wurde, um nur die wichtigsten Daten zu erfassen, wie den zu verwendenden Inhibitor, die zu behandelnde Quelle und den für die Behandlung verantwortlichen Anbieter. Es soll den Außendienstmitarbeitern auch als Hilfsmittel dienen, um alle vom Anbieter in der Vergangenheit durchgeführten Behandlungen, deren Häufigkeit und die injizierte CI-Menge im Auge zu behalten. Anbieter können die App nutzen, um den Überblick über anstehende Behandlungen zu behalten. Diese Transparenz trug dazu bei, die Häufigkeit der Behandlungen auf etwa einmal alle 28 Tage zu reduzieren, abhängig von der Produktion des Bohrlochs, verglichen mit dem zuvor festgelegten Zeitplan von alle 15 Tagen. Die Verwendung von Daten zur Festlegung von Zeitplänen kann auch zu einer individuelleren und gezielteren Betreuung des Bohrlochs führen.

Seine Benutzeroberfläche (Abb. 5) enthält einen Anzeigebildschirm (Wells), der eine Liste aller Wells und die Informationen darüber anzeigt, welche von ihnen nach der Behandlung validiert wurden oder für eine Behandlung geplant sind.

Historische Aufzeichnungen darüber, wann ein Brunnen behandelt wurde und wie oft eine Behandlung erforderlich war, werden ebenfalls in der App angezeigt. Dies kann auch eine Rolle bei der Überwachung der für ein Bohrloch aufgewendeten Ressourcen und Zeit im Vergleich zu der von ihm geförderten Flüssigkeit spielen. Das Verfolgen der Behandlungskosten und der Produktivität an einem Bohrloch kann Managern dabei helfen, Probleme mit der Ausrüstung, die den Ertrag hemmen, zu beheben und notwendige Ersetzungen oder Änderungen am Prozess vorzunehmen.

FazitDie Sicherheit an Abbaustandorten ist insbesondere während der Corona-Pandemie ein wesentlicher Faktor. Durch die Bereitstellung regelmäßiger Daten über die Ausrüstung und die Produktion an Bohrlöchern über eine App verringert sich die Notwendigkeit, dass Techniker das Feld besuchen. Durch die informationsgesteuerte Behandlung und Wartung von Anlagen wird außerdem sichergestellt, dass keine Störungen oder Bohrlochausfälle behoben werden müssen. Auch die Validierung von Bohrlöchern nach der Durchführung einer Chargenbehandlung geht schneller und erfordert weniger Personal vor Ort, wenn Daten über Produktivität und Zeitpläne verfügbar sind. Die App beschleunigt außerdem den Prozess, indem sie es einer einzelnen Person ermöglicht, schnelle und fundiertere Entscheidungen zu treffen, indem sie alle historischen und Echtzeit-Updates auf einer Plattform integriert.

Ein neuer Ansatz und Arbeitsablauf für bestehende Brunnen und Förderstandorte kann sich bei der Einrichtung zukünftiger Projekte als revolutionär erweisen. Die Daten zu Flüssigkeitsdurchflussraten und deren Auswirkung auf CI können dabei helfen, kostengünstigere Methoden zur Aufbereitung von Maschinen an Bohrlöchern für neue Betriebe einzuführen. Während die Gesamtkosten der LKWs für die Chargenbehandlung steigen können, sinkt die langfristige Häufigkeit der Einspritzung von Inhibitoren mit zunehmendem Zustand der Ausrüstung. Auch die Menge an Inhibitor sowie die zusätzlichen Kosten und der Personalbedarf sinken, und das ist viel höher im Vergleich zu einem möglichen Anstieg der Transportkosten. Aktuelle Praktiken basieren auf konservativen Schätzungen und Routineverfahren konzentrieren sich nicht auf die Optimierung der Ergebnisse der Aktivität.

Die vorgeschlagenen datengesteuerten Verfahren zielen darauf ab, einen dynamischen Wartungszyklus zu schaffen, der gleichzeitig die Vergangenheit betrachtet, Echtzeitfortschritte analysiert und neue Strategien für zukünftige Abläufe entwickelt. Eine kleine Umstellung auf datengesteuerte Prozesse führt nicht nur zu einer höheren Produktion bei geringeren Kosten, sondern macht auch einen größeren Unterschied für den laufenden Geschäftsbetrieb und neue Projekte, die Murphy bevorsteht. Eine technologieorientierte Arbeitskultur öffnet auch Türen für den problemlosen Übergang in eine Zukunft nach der Pandemie, in der sich Unternehmen an eine neue Normalität anpassen können.