석유 및 가스의 IoT:기술 및 사용 사례 분석

석유와 가스를 추출하고 운송하는 사업은 도전으로 가득 차 있습니다. 경쟁력을 유지하기 위해 이 산업의 기업은 원유 및 정제 제품을 더 낮은 비용으로 생산하기 위해 지속적으로 노력해야 합니다. 그들은 또한 새로운 석유 및 가스 매장량을 찾는 동시에 기존 자산의 가치를 향상 및 확장하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 그리고 환경 기준이 점점 더 엄격해지고 있어 운영의 투명성과 생산 및 유통에 대한 엄격한 통제가 요구되고 있습니다.

이러한 도전을 극복하기 위해 전 세계 석유 및 가스 회사들은 다시 한 번 창의적으로 생각하고 있습니다. 이와 같은 문제가 반드시 석유 및 가스 산업에 새로운 것은 아니라는 점을 명심하십시오. 지난 수십 년 동안 효율성을 개선하고 가동 중지 시간을 줄이기 위한 엄청난 인센티브가 있어 예측 분석 및 기계 학습과 같은 구현이 이루어졌습니다. (일부는 이것들을 사물 인터넷(IoT)의 일부로 분류하지만 "IoT"에 대한 내 정의는 특히 연결된 센서와 컨트롤러 및 그 업스트림의 모든 것, 즉 데이터를 생성하거나 조치를 취할 수 있는 모든 것을 지칭하는 더 좁은 의미입니다. 명령을 기반으로 합니다.)

이제 분석 데이터 획득이 더 쉬워지고 있습니다. 사물인터넷 덕분이다. 연결 기술이 향상되고 센서가 더 저렴해지고 저전력 기술을 사용할 수 있으며 배터리를 더 오래 사용할 수 있습니다. 이러한 모든 발전은 석유 및 가스 회사가 더 많은 장소에서 더 많은 센서를 사용하여 기계 및 환경 조건을 모니터링할 수 있음을 의미합니다. 특히 이전에는 저렴한 연결이 선택 사항이 아니었던 "라스트 마일"에서 더욱 그렇습니다.

이 기사에서는 먼저 석유 및 가스 회사가 모니터링에 사용하는 전통적인 방법이 어떻게 변하고 있는지 살펴보겠습니다. 그런 다음 저전력 광역 네트워크(LPWAN)가 석유 및 가스 산업의 M2M 애플리케이션을 위한 고유한 하이브리드 솔루션을 제공할 수 있는 여러 사용 사례를 살펴보겠습니다.

스마트 오일 및 가스 모니터링 방법

석유 및 가스 회사에는 일반적으로 모니터링이 필요한 수많은 원격 자산이 있습니다. 전통적으로 다음과 같은 모니터링 방법을 활용했습니다.

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프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 시스템. 이들은 본질적으로 유선 IoT 통신이며 산업 현장에서 자주 사용됩니다. 와이어를 사용하여 데이터를 수집할 때의 문제는 누군가가 와이어를 실행해야 하고 그 프로세스가 상당히 비쌀 수 있다는 것입니다. 또한 이러한 유선 시스템의 아키텍처는 더 복잡하므로 PLC 시스템을 구축하면 계속 사용하게 됩니다. 종종 이러한 시스템은 직렬 통신 표준(예:RS-232 및 RS-435)을 사용합니다.

위성 통신(예:Iridium 및 Inmarsat). 여기서의 단점은 위성 연결이 비용이 많이 들 수 있다는 것입니다. 그러나 석유 및 가스 산업은 전통적으로 원격 모니터링에 대한 큰 인센티브를 가지고 있었기 때문에 비용이 정당한 경우가 많았습니다.

물리적 모니터링. 개인을 고용하여 물리적으로 걸어 다니고 레벨과 측정값을 손으로 모니터링하는 것은 많은 석유 및 가스 회사가 여전히 하는 일입니다. 이 방법의 장점은 비교적 간단하고 구현하기 쉽고 이 방법을 따라하기 위한 교육 이력이 있다는 것입니다. 반면에 이러한 유형의 모니터링과 관련된 시간과 노동 비용은 특히 원격 위치(예:많은 유정 및 가스정이 있는 곳)에서 높을 수 있습니다.

이러한 각 솔루션에는 고려해야 할 이점과 고려 사항이 있습니다. 주요 고려 사항은 다음과 같습니다.

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가격: 유선 시스템을 설정하는 비용은 일반적으로 상당히 높습니다.

복잡성: 예를 들어, 위성 모니터링은 종종 정보를 전달하기 위해 수많은 통신 링크를 필요로 합니다.

시간: 유전 및 가스전을 물리적으로 모니터링하려면 상당한 노력과 인력이 필요합니다.

지난 몇 년 동안 M2M(Machine-to-Machine) 시장이 성장하고 확장함에 따라 일부 석유 및 가스 회사는 연결을 더욱 통합할 수 있도록 유선에서 무선으로 전환하는 방법을 모색하고 있습니다. 무선 IoT 솔루션을 통해 이러한 회사는 보다 임시적인 방식으로 작업을 수행할 수 있습니다. 예를 들어 단일 유정에 100개의 센서를 추가한 다음 필요하다고 판단되면 1,000개의 센서를 추가할 수 있습니다. 이것은 PLC 및 기타 유선 시스템보다 무선 기술을 사용하는 것이 훨씬 쉽습니다. 참고:유정을 모니터링하는 프로세스는 움직이는 부품이 많고(많은 가치가 있음) 매우 복잡하기 때문에 무선 기술을 사용할 수 있다 하더라도 항상 사용하는 것이 이치에 맞지 않을 수 있습니다. 이는 사례별로만 결정할 수 있습니다.

IoT 기술이 석유 및 가스 산업을 형성하는 방법

석유 및 가스 산업은 IoT의 완전한 가치 실현과 관련하여 여전히 진화하고 있습니다. 다른 산업에서처럼 아직 석유와 가스에 혁명을 일으키지 않았습니다. 그러나 IoT는 입니다 기업이 중요한 정보를 훨씬 쉽게 수집할 수 있도록 하여 정보에 입각한 비즈니스 결정을 내릴 수 있게 되었습니다. 연결된 무선 기술은 석유 및 가스 산업에 도움이 됩니다.

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효율적인 펌핑 활동을 위해 최적화합니다.

파이프와 우물을 관리합니다.

장비 고장 및 가스 누출을 모니터링합니다.

정유소의 파이프 두께, 온도 및 침식을 모니터링합니다.

무선 IoT를 통해 기업은 센서 수준 기술을 사용하여 더 많은 것을 모니터링하고, 더 적은 수의 손으로 판독하며, 더 많은 데이터와 정보를 수집하여 비즈니스 프로세스를 더 잘 최적화할 수 있습니다. 빅 데이터의 배후에서 무슨 일이 일어나고 있는지 말할 수는 없지만 센서 기반 IoT가 이 데이터를 수집하는 프로세스를 훨씬 더 쉽게 만들 수 있다는 사실은 말할 수 있습니다.

예를 들어, 소규모 석유 회사라도 수익성을 높이려면 안정적인 유정 최적화가 중요합니다. 회사가 새로운 유정을 시추하는 경우 암석이 쌓이는 것을 방지하기 위해 유정에 화학 물질을 주입해야 하며, 이는 회사가 시추할 때 암석을 끌어올릴 수 있는 점도를 제공합니다. 유정이 온라인 상태이고 생산이 시작되면 회사는 압력 균형을 유지하고 온도가 올바른지, 적절한 양의 오일을 추출하는지 확인하는 등의 작업을 수행해야 합니다. 유정의 미시적 조건(온도, 압력, 속도, 화학 조성, 점도 등)에 대한 데이터 포인트가 더 많을 경우 회사는 필요한 데이터를 수집하고 생산 후 분석을 실행하고 전류를 최적화하고 향후 드릴링 프로세스를 통해 시장 점유율과 수익성을 높일 수 있기를 바랍니다.

이것은 산업용 제어 시스템과 무선으로의 발전을 연상시킵니다. 석유 및 가스와 마찬가지로 산업 자동화는 아주 오래전부터 존재해 왔습니다. 이 회사들은 비용을 절감하고 통제된 네트워크의 일부를 연결하기 위해 독창적인 유선 IoT 기술을 사용하기 시작했습니다. 그러나 시장에서 무선 센서 자동화가 더 널리 보급되어 더 쉽게 접근할 수 있게 됨에 따라 이러한 회사는 무선 센서를 사용하여 더 쉽게 연결하고 더 많은 데이터를 캡처하고 해당 정보를 분석하고 프로세스를 개선할 수 있습니다.

석유 및 가스 회사가 IoT를 사용하여 실행 가능한 데이터를 수집하여 운영을 개선하는 방법을 살펴보겠습니다.

사물 인터넷:5가지 석유 및 가스 사용 사례

현재 석유 및 가스 산업에서 가장 큰 가치를 창출하고 있는 IoT 사용 사례는 비생산 시간(NPT)을 줄이는 데 중점을 두고 있습니다. 악천후에서 장비 고장에 이르기까지 무엇이든 발생할 수 있는 NPT는 총 시추 비용의 약 10~20%를 차지하여 매출에 큰 영향을 미칩니다. IoT는 기업이 더 나은 예측 유지 관리를 수행하고, 오류를 더 정확하게 예측하고, 누출을 신속하게 감지하여 기본적으로 시작하기 전에 문제를 찾을 수 있도록 함으로써 NPT를 퇴치하는 데 도움이 됩니다.

그러나 인구가 희박하거나 고립된 지역에 IoT 석유 및 가스 네트워크를 구축하는 것은 상당히 어려울 수 있습니다. 메시 네트워크에 대한 노드 배치에 필요한 일관성이 없는 경우가 많고, 셀룰러 범위를 사용할 수 없는 경우가 많고, 위성 및 유선 연결에 비용이 많이 듭니다. 많은 경우 저전력 광역(LPWAN) 네트워크는 석유 및 가스 분야의 M2M 통신에 대한 좋은 대안을 제공합니다.

해상 석유 및 가스 굴착 장치 모니터링

대부분의 해양 석유 및 가스 생산은 사용 가능한 기존 통신 네트워크가 거의 없는 극한 환경에서 수행되므로 온도, 압력, 유량 및 기타 특성을 모니터링하는 것이 까다롭고 비용이 많이 듭니다. 종종 셀룰러 네트워크는 옵션이 아닙니다. WiFi 네트워크나 메시 네트워크를 사용할 수 있지만 작동하려면 오버 엔지니어링해야 할 수 있습니다. 이러한 현실에 대처하기 위해 중요한 데이터는 일반적으로 위성 통신이나 유선 네트워크를 통해 추출되며, 이 두 가지 모두 비용이 많이 듭니다.

LPWAN을 사용하면 훨씬 더 많은 모니터링 지점을 비교적 저렴하게 연결할 수 있습니다. 예를 들어, LPWAN 네트워크의 xx제곱마일 영역에 위치한 xx개 유정에 xx개 누출 감지기를 연결할 수 있습니다. 그런 다음 각 탐지기는 위성에 연결된 중앙 지점으로 정보를 다시 보냅니다. (또는 회사의 필요와 요구에 따라 데이터를 현장에서 간단히 처리할 수도 있습니다.) 이와 같은 하이브리드 솔루션을 사용하면 기존 모니터링 방법보다 훨씬 더 많은 데이터를 수집할 수 있습니다. LPWAN은 염도 측정(물에서 연료로의 누출이 없는지 확인하기 위해)과 현장의 장비 및 인력 모니터링에도 도움이 될 수 있습니다.

정유소 모니터링

석유 및 가스 정제소에서 사물 인터넷을 사용하여 파이프 두께, 유량, 파이프 압력 등을 모니터링할 수 있습니다. 사람이 이러한 영역에 접근할 수 있는 경우 일반적으로 많은 측정이 손으로 기록됩니다. 그러나 이 정도의 정보를 손으로 기록하는 것은 시간이 많이 걸리는 작업이며 회사에 상당한 비용이 듭니다.

정제소의 일부 영역은 정확한 실시간으로 측정해야 합니다. 예를 들어 다른 곳에서 모니터링되는 유량을 기반으로 제어해야 하는 밸브가 있습니다. 이 경우 유량의 변화는 밸브의 거의 즉각적인 제어를 필요로 합니다. 대부분의 무선 시스템에서는 데이터가 100% 정확도로 실시간으로 전송된다고 보장하기 어렵습니다. LPWAN 시스템은 일반적으로 매우 높은 처리량을 위해 설계되지 않았습니다. 따라서 1분의 1초마다 판독해야 하는 경우 정유 공장은 유선 시스템에 의존할 가능성이 큽니다.

하지만 사물 인터넷(IoT)이 하는 일 더 정확한 데이터를 위해 더 많은 포인트를 허용합니다. 예를 들어, 정제소의 많은 측면은 단순히 측정할 수 없기 때문에 특정 수준의 불확실성으로 설계됩니다. 예를 들어, 정유소의 특정 부분은 더 많은 판독 포인트를 사용할 수 있는 경우와 동일한 압력에서 작동하지 못할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 IoT는 흐름에 대한 더 큰 통찰력과 추가 데이터를 제공하여 정유소가 더 높은 용량으로 운영되도록 할 수 있습니다. IoT 네트워크는 수동 모니터링에 필요한 인력이나 유선 통신이 필요한 장비의 양을 제한하여 정유소 비용도 절약할 수 있습니다.

파이프라인 모니터링

석유 및 가스 파이프라인의 주요 우려 사항 중 하나는 누출과 이로 인해 발생할 수 있는 재정적, 환경적, 평판 손상입니다. 메탄 가스가 연소되지 않고 방출되면 100년 동안 이산화탄소가 미치는 영향보다 기후 변화에 미치는 영향이 약 25배 더 큽니다. 대기압에 노출되면 가스 누출에 대한 높은 폭발 위험도 있습니다. 석유는 폭발 위험이 없지만 파이프라인 누출과 관련된 주요 위험이 있습니다. 회사는 자산을 잃을 수 있으며 오염으로 인해 잠재적으로 천문학적인 벌금이 부과될 수 있습니다.

IoT 이전에는 위성 인터넷이 파이프라인의 주요 지점을 모니터링하고 데이터를 추정하여 전체 시스템 성능을 측정했습니다. M2M(Machine-to-Machine) 오일 및 가스 솔루션의 통합으로 더 적은 비용으로 더 많은 핵심 사항을 모니터링할 수 있습니다.

IoT는 또한 펌프 및 필터와 같은 파이프라인 구성 요소를 모니터링하는 데 도움이 될 수 있습니다. "스마트" 시스템이 없다면 회사는 예를 들어 3개월마다 정기적이고 일상적인 유지 관리를 수행할 사람을 보내야 합니다. 그러나 회사가 IoT 시스템에서 수집할 수 있는 추가 데이터를 사용하면 시스템 성능이 저하되기 시작할 때까지 유지 관리 및 펌프 및 필터 교체를 기다릴 수 있습니다(일부 예방 유지 관리는 여전히 신중하게 수행되지만).

정원 모니터링

오늘날 Ambyint(이전의 PumpWell) 및 WellAware와 같은 여러 회사에서 유정 및 펌프잭 모니터링과 기타 가스 및 오일 모니터링 요구 사항을 위한 IoT 솔루션을 제공합니다. WellAware에 따르면 자사의 생산 관리 솔루션은 기업이 임대 운영 비용을 줄이고 계획되지 않은 가동 중지 시간을 최소화하며 안전 및 규정 준수를 보장하는 데 도움이 됩니다. 데이터 회사는 예를 들어 유정에 더 많은 화학 물질이나 증기를 주입해야 하는지 또는 조건에 따라 어떤 종류의 진공 압력이 최적인지 알려주는 플랫폼으로 피드를 수집합니다.

석유 및 가스 추출 프로세스에는 많은 것이 포함되며 IoT 장치는 이러한 것들에 대한 모니터링 및 데이터 수집을 더 쉽게 만듭니다. Emerson Process Management에서 만든 아래 비주얼은 우수한 성능에 대한 몇 가지 일반적인 위협을 설명합니다.

석유 및 가스 화물 운송

석유 및 가스 화물선 모니터링은 일반적으로 위성 인터넷 외에 바다 한가운데에 연결이 없다는 점에서 연안 사용 사례와 유사합니다. 자체적으로 매우 클 수 있는 함선 주변에서 데이터를 수집하려는 경우 옵션이 제한됩니다.

LPWAN을 사용하면 직원이 정기적으로 가지 않는(또는 접근이 거의 불가능한) 선박의 일부를 원격으로 모니터링할 수 있습니다. 이것은 안전과 편리함의 레이어를 추가합니다. 석유 및 가스 화물선의 일부 요소는 추진 장치의 실시간 요구로 인해 배선되어야 하지만 일부 비작동 요소(온도, 압력, 흐름 등)는 위성을 사용하여 백홀할 필요가 없습니다. 실시간으로 연결됩니다. 따라서 소규모 IoT 네트워크는 유선 센서 및 게이지의 훌륭한 대안이 될 수 있습니다.

공급망 관리

석유 및 가스 산업의 동적 특성으로 인해 재고 계획 및 최적화가 어려울 수 있습니다. IoT는 조달 계획 및 일정 수립에 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 정유 공장은 센서를 사용하여 유입되는 원유 또는 혼합 원유의 유형 및/또는 각 유형의 저장 위치를 ​​감지할 수 있습니다. 이 데이터를 사용할 수 있으면 생산 및 운영 결정에 유용할 것입니다. 또한 인벤토리 목적을 위해 원유 성분을 측정하는 데 사용할 수도 있습니다.

지속적인 진화

스마트 석유 및 가스는 오랫동안 진화해 왔으며 앞으로도 계속될 것입니다. 사물 인터넷이 이러한 분야를 극적으로 변화시키지는 않았지만 무선 기술은 가스 및 석유 회사에 독특한 이점을 제공했습니다. 사실, 나는 "사물"을 연결하는 것이 더 저렴하고 기술이 그 어느 때보다 정교해짐에 따라 그들이 가장 큰 진전을 이룰 수 있는 좋은 위치에 있다고 믿습니다. 기업이 제한된 수의 엔드포인트로 정보를 수집(따라서 추가 데이터 분석을 실행할 수 있음)할 수 있다면 더 세분화된 정보로 얼마나 많은 작업을 수행할 수 있는지 상상해 보십시오.

연결성은 석유 및 가스 산업의 모든 사람에게 문제가 되지 않습니다. 셀룰러 네트워크에 액세스할 수 있고 모니터링하는 것이 가격표를 받을 만큼 충분히 가치가 있는 경우 LPWAN 기술이 필요하지 않을 수 있습니다. 그러나 여러 가지 방법으로 운영 효율성을 개선하고 비용을 절감하려는 경우 이 정보가 시장의 기존 기업과 경쟁하는 데 도움이 될 수 있습니다.

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