다중 웰 패드용 제어 시스템 재고

데이터, 제어 요구 사항으로 인해 확장 가능한 모듈식 제어 아키텍처가 필요합니다.

드릴링의 발전은 단순한 단일 유정 패드 유전에서 더 복잡한 다중 유정 패드로 석유 및 가스 작업의 진화를 촉진했습니다.

오늘날 많은 생산자들이 하나의 패드에 10개 이상의 유정을 배치하기 위해 파쇄 및 측면 드릴링 기술을 사용하고 있습니다. 일부 운영자는 단일 패드에서 최대 52개의 유정으로 작업을 추진하고 있습니다.
이러한 발전은 유정에서 생산 회수를 증가시켰을 뿐만 아니라 비전통적인 지역에서 완전히 새로운 생산 기회를 창출했습니다. 또한 석유 및 가스 생산업체가 운영 공간을 줄일 수 있도록 지원했습니다.

그러나 다중 웰 패드의 모든 이점에도 불구하고 크기와 범위가 크게 증가함에 따라 새로운 문제가 발생했습니다. 단일 패드에 여러 개의 웰의 밀도가 높으면 현장에서 필요한 장비가 증가하고 데이터 및 제어 요구 사항이 훨씬 더 커집니다.

수십 년 동안 사용되어 온 전통적인 제어 아키텍처는 한계에 도달했으며 더 이상 지속 가능하지 않을 수 있습니다. 대신 현대식 유정 패드에 필요한 확장 가능한 아키텍처를 처리하기 위해 더 고급 제어 시스템이 필요합니다.

결과적으로 운영자와 이를 지원하는 장비 제조업체는 모두 이러한 다중 웰 패드에 대한 제어 시스템 접근 방식을 근본적으로 변경하지 않더라도 수정해야 합니다.

RTU 기술의 발전

업스트림 석유 및 가스 생산업체는 수십 년 동안 현장 제어를 위해 원격 터미널 장치(RTU) 기술에 의존해 왔습니다. 처음에는 RTU를 구현하는 비용과 프로그래밍의 어려움으로 인해 장치가 단순한 데이터 수집 및 제어로 제한되었습니다.

그러나 시간이 지남에 따라 RTU는 I/O, 통신 및 IEC-61131 프로그래밍을 비롯한 더 많은 기능을 통합했습니다. 이러한 기능을 통해 석유 및 가스 운영자는 더 많은 데이터 포인트를 모니터링하고 기록 및 경보를 기록하고 RTU에 더 복잡한 계산을 추가할 수 있습니다. 장비 제조업체와 엔지니어링 회사도 독점 마이크로프로세서 컨트롤러를 사용하여 유정 인공 리프트 제어를 위한 특수 응용 프로그램을 개발하기 시작했습니다.

결국 거의 모든 인공 리프트 제조업체는 각각의 솔루션을 제어하고 최적화하기 위해 자체 RTU를 개발했습니다. 엔지니어링 회사도 약간 다른 RTU 응용 프로그램을 사용하여 자체 방법을 개발한 반면, 계측 제조업체는 필요한 거의 모든 프로세스 포인트를 측정하기 위해 새로운 계측기를 도입했습니다.

그러나 최근에는 다중 웰 패드 작업과 관련된 요구 사항이 증가하여 RTU 기술의 기능을 초과하기 시작했습니다.

한계에 도달한 기기

다중 웰 패드의 각 웰에는 인공 리프트, 유량 측정, 장비 제어 및 레벨 측정이 필요합니다. 이는 단일 RTU가 처리할 수 있는 것보다 더 많은 I/O 및 제어 요구를 생성합니다. 결과적으로 석유 및 가스 생산업체는 추가 RTU를 구매하고 여러 장치에 애플리케이션 및 사이트 제어를 분산해야 합니다.

석유 및 가스 생산업체는 유정에 여러 RTU 컨트롤러를 성공적으로 구현했지만 이러한 아키텍처에서 몇 가지 일반적인 문제가 발생합니다. 이러한 문제 중 일부는 다음과 같습니다.

• 각 웰 패드에서 여러 구성 또는 프로그램의 변경 관리
• 현장에서 많은 RTU의 통신 관리(예:P2P 통신).
• 여러 공급업체의 하드웨어에 대한 SCADA 통신
• RTU에서 사용자 지정 프로그램의 신뢰할 수 없는 실행

RTU 장치에 대한 궁극적인 요구는 훨씬 더 큰 다중 웰 패드 제어가 필요할 때 옵니다. 여기에는 단일 웰 패드에 10개 또는 수십 개의 웰이 포함된 작업이 포함될 수 있습니다. 패드의 웰 밀도가 높으면 현장에서 필요한 장비도 늘어납니다. 예를 들어, 이러한 웰 패드 중 다수에는 자체 분리기가 있습니다.

또한 패드에서 생성되는 천연 가스의 비율이 높기 때문에 파이프라인 압축, 증기 회수 장치(VRU) 및 VRU 타워를 설치하는 것이 더 경제적입니다. LACT(Automatic Custody Transfer) 장치, 용수 이송 및 화학 물질 주입 기계도 이러한 우물 패드에서 흔히 볼 수 있습니다.

또한 많은 석유 및 가스 생산업체가 E-houses로 알려진 전기 건물에 투자하고 있습니다. 이러한 건물에는 주요 유틸리티 배전, 모터 제어 센터(MCC), 네트워크 스위치 및 무정전 전원 공급 장치(UPS)가 있으며 환경적으로 관리되는 경우가 많습니다.

장비, 현장 계측 및 애플리케이션에서 이러한 모든 증가는 RTU 아키텍처의 일반적인 문제를 더욱 악화시킬 뿐입니다.

그들은 또한 새로운 서비스를 만들고 도전 과제를 지원합니다. 여러 RTU를 사용하면 이를 유지 관리하기 위한 여러 응용 프로그램 구성과 프로그램이 만들어집니다. 또한 석유 및 가스 사업자는 여러 공급업체와 협력해야 합니다.

또한 여러 공급업체의 여러 장치를 보유하려면 작업자가 장치를 지원하는 데 더 많은 교육과 경험이 있어야 합니다. 일부 생산자는 유정 제어 시스템의 유지 관리를 처리할 수 있는 충분한 훈련을 받은 인력으로 가득 차 있지만 많은 경우 그렇지 않습니다. 이러한 생산자는 제어 시스템을 유지 관리하기 위해 제조업체 지원 또는 계약 엔지니어링 지원에 의존해야 합니다.

확장 가능한 모듈식 제어 시스템으로 이동

RTU는 간단한 제어 요구 사항, 간단한 필드 장치 상호 작용 및 간단한 통신을 처리하는 데 수십 년 동안 역할을 수행했습니다. 그러나 오늘날의 복잡한 운영 환경에서는 더 이상 충분하지 않습니다.

일반적인 RTU 문제를 경험한 많은 석유 및 가스 생산업체는 모듈식 및 확장 가능한 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러) 형태로 실행 가능한 대안 솔루션을 찾았습니다. PLC 기술은 업스트림 석유 및 가스 생산만큼 견고한 산업 공정 제어 환경에서 수년간 미세 조정되었습니다.

PLC는 RTU에 비해 ​​여러 가지 이점을 제공합니다.

• 모듈성: 일부 RTU는 모듈식 하드웨어를 지원합니다. 그러나 RTU에서 모듈 요구 사항과 애플리케이션 및 제어 요구 사항의 균형을 맞추는 것은 PLC에서보다 훨씬 어렵습니다. 또한 RTU용 타사 모듈은 일반적으로 RTU가 개방형 아키텍처가 아닌 반면 PLC는 사용 가능하기 때문에 사용할 수 없습니다.
  
  광범위한 다양한 모듈의 모니터링 및 제어를 가능하게 하는 PLC용으로 다양한 모듈을 사용할 수 있습니다. 필드 악기. 다양한 네트워크 유형에 대한 통신 지원도 모듈식 구성을 통해 지원됩니다.
  
  
• 확장성: 이것은 다중 웰 패드를 조합하는 방법을 고려할 때 중요합니다. 단일 유정은 다중 유정 사이트에 설치되는 경우가 많으며 몇 달 또는 몇 년이 지나야 추가 유정 및 장비가 온라인 상태가 됩니다.
  
  이 경우 장비 제조업체는 다음을 원합니다. 장비 스키드를 오프사이트에서 구축한 다음 간단히 플러그를 꽂고 웰 패드에서 구성할 수 있습니다. 그들은 비용 절감을 위해 현장에서 트렌칭, 와이어 풀링, 와이어 종단, 패널 및 기기 설치의 필요성을 줄이기를 원합니다. 이 경우 프로그래밍과 하드웨어 모두에서 확장성이 필요하며 이것이 바로 PLC 기술이 제공하는 것입니다.
  
  
• 편리한 프로그래밍: 역사적으로 PLC는 자동화 및 제어를 위한 빈 캔버스로 간주되었습니다. 엔지니어링 회사나 숙련된 프로그래머만 처음부터 시작하여 PLC에 필요한 제어를 개발하는 방법을 알고 있었습니다.
  
  그러나 최신 PLC에는 사전 개발되고 문서화된 코드 라이브러리가 있어 거의 모든 시간에 빠르게 추가할 수 있습니다. 드래그 앤 드롭 방식. 일부 PLC 공급업체에는 현장에서 구성할 수 있는 사전 개발된 업스트림 오일 및 가스 라이브러리도 있습니다. 석유 및 가스 생산업체는 PLC를 시작하거나 기존 시스템에 스키드 하드웨어를 추가하기 위해 HMI에서 필요한 데이터를 활성화하고 구성하기만 하면 됩니다.
  
  이렇게 하면 우물 같은 사람이 필요하지 않습니다. 프로그래밍 환경을 알고 하드웨어 추가 시 새로운 코드를 작성할 수 있는 전문 기술을 가진 기술자.
  
  또한 프로세스를 종료하지 않고 PLC에서 프로그램 및 구성 변경을 온라인으로 수행할 수 있습니다. RTU는 전통적으로 오프라인 상태가 되어 다운로드하지 않고 이러한 변경 사항을 수락할 수 없습니다. 제어 시스템을 종료하면 생산 손실이 발생하기 때문에 이는 현대의 다중 웰 패드 환경에서 중요한 차별화 요소입니다.
  
  
• 원격 I/O 기능: RTU에는 전통적으로 기본 원격 I/O 기능이 없지만 PLC에는 있습니다. 이렇게 하면 설치 비용을 줄일 수 있습니다. 또한 장비 스키드가 현장에 추가되면 사전 장착 및 유선 I/O 및 계측기가 함께 제공될 수 있습니다. 이러한 스키드의 시작은 이더넷 케이블을 스위치에 연결하고 컨트롤러에서 I/O를 구성하는 것만큼 간단합니다.

수명 주기 관리 개선

유정 패드 수명 주기 관리는 운영 팀의 주요 골칫거리가 될 수 있습니다. 우물은 자연 흐름, 전자 잠수정 펌프(ESP) 또는 프로그레시브 캐비티 펌프(PCP) 및 빨판 로드 펌프를 포함하여 다양한 흐름 상태를 거칠 수 있습니다. 그리고 흐름 유형과 수명 주기는 우물에 따라 다를 수 있습니다.

여러 RTU는 종종 유정의 다양한 수명 주기를 제어하는 ​​데 사용됩니다. RTU를 변경한다는 것은 유정의 물리적 RTU가 새로운 공급업체의 하드웨어이기 때문에 SCADA 시스템으로 통신 드라이버를 변경하는 것을 의미합니다. 그리고 응용 프로그램을 제어하도록 RTU를 구성하고 시스템에서 해당 하드웨어를 설정하는 것은 종종 힘든 과정입니다.

PLC 기반 웰 패드는 이 영역에서 상당한 경감 효과를 제공하여 운영자가 결코 가능하다고 생각하지 못했던 효율성과 최적화 이점을 제공할 수 있습니다.

PLC가 제공하는 확장 가능한 모듈식 I/O 하드웨어 아키텍처를 사용하여 운영자는 계측기가 있는 바로 그곳에 I/O 모듈을 설치하고 해당 데이터를 PLC로 보낼 수 있습니다. 그리고 석유 또는 가스 생산자가 사용하는 I/O 설계 접근 방식에 관계없이 제어 시스템의 하드웨어는 일정하게 유지되고 SCADA 시스템과의 통신은 동일한 드라이버를 사용하며 시스템은 온라인 상태를 유지하고 모든 애플리케이션을 제어합니다. 업데이트가 이루어집니다. 그 동안 유지해야 할 PLC 프로그램은 단 하나뿐입니다.

벤더 애플리케이션 지원 문제도 있습니다. 이미 언급했듯이 많은 공급업체는 다양한 업스트림 생산 요구 사항을 위해 자체 애플리케이션을 만들고 각 공급업체는 일반적으로 다른 유형의 RTU를 사용합니다. 결과적으로 공급업체는 일반적으로 전체가 아닌 일부 특정 응용 프로그램만 지원할 수 있습니다.

다중 웰 패드 설계에 대한 PLC 공급업체 지원은 매일 증가하고 있습니다. 여기에는 장비 제어, 인공 리프트 및 유량 측정 애플리케이션에 대한 지원이 포함됩니다. 장비 자동화는 풍부한 프로그래밍 환경과 다양한 I/O 및 통신 모듈을 통해 쉽게 처리됩니다. 유량 측정은 또한 AGA 및 API 호환 유량 측정, 교정 지원 및 SCADA 시스템에 대한 상거래 보고를 통해 지원됩니다. 인공 리프트 애플리케이션은 PLC에서 널리 사용되지는 않지만 모든 유형의 인공 리프트를 지원하기 위해 빠르게 개발되고 있습니다.

마지막으로, 많은 석유 및 가스 생산업체는 RTU 애플리케이션이 "블랙박스"인 것에 대해 불만을 표명했습니다. 이는 시스템이 특정 출력만을 제어하기 위한 특정 입력으로 설계되었음을 의미합니다.

블랙박스 접근 방식은 석유 및 가스 생산업체가 시스템 작동 방식을 변경하는 것을 허용하지 않기 때문에 유연성을 방해합니다. 결과적으로 요구 사항을 지원하기 위해 공급업체를 변경하거나 필요한 만큼 효율적으로 작동하지 않는다는 것을 알고 있는 기술을 그대로 유지해야 합니다.

반면 PLC 기반 시스템은 일반 산업용 도구(IEC-61131)를 사용하여 현장에서 수정할 수 있어 훨씬 더 큰 유연성을 제공합니다.

뉴 노멀 수용

PLC는 오랫동안 웰 패드 제어보다 제조 시설에 더 적합한 솔루션으로 여겨져 왔습니다. 그러나 오늘날의 현대식 우물 패드는 본질적으로 작은 공장입니다. 그들은 환경적으로 통제된 건물, 유틸리티 또는 발전기 전력, 훨씬 더 많은 데이터 및 제어 요구 사항을 가지고 있습니다.

따라서 PLC에 이상적입니다. PLC의 확장 가능한 모듈식 기능을 활용하는 다중 웰 패드 제어 시스템은 비용과 설치 시간을 줄이고 생산 가동 시간을 개선하며 수명 주기 관리를 용이하게 합니다.

Zack Munk는 Rockwell Automation의 육상 업스트림 석유 및 가스 사업 개발 관리자입니다.