Smart boreteknologi – begrensninger blir borte
Smart teknologi og automatisering skaper stor verdi der funksjonene lar seg måle og optimalisere ut fra relativt lineære sammenhenger i prosessens kjerne. Hvis disse sammenhengene derimot er ikke-lineære eller til dels kaotiske, vil smarte løsninger møte sine begrensninger.
Et velkjent eksempel på slike begrensninger finnes i bilindustrien, hvor posisjonssystemet gir så mange mulige posisjonsforståelser at utviklingen mot selvkjøring i praksis har stanset opp. Dette stengselet finnes ikke for tog, hvor skinner skaper tilstrekkelig forutsigbarhet og dermed åpner for betydelig automasjon.
Automasjon møter motstand i dype brønner
Etter mange år med teknologisk fremgang innen boring etter olje og gass på sokkelen har det reist seg en barriere som stanser utviklingen. Tanken var at stadige fremskritt i digital informasjon og motorstyring skulle bidra til en kontinuerlig ytelsesforbedring gjennom autonom optimalisering av dreiemoment og øvrige boreparametere. Boreparametere betegner fundamentale innsatsfaktorer for effektiviteten i grenseflaten mellom borkrone og fjell – prosessens kjerne. Men her finnes en betydelig barriere: Systemet er ikke-lineært i den nedre delen av borestrengen. Dynamisk er denne delen nærmest å betrakte som et hvitt felt på kartet.
Det hvite feltet på kartet
Alle som har operert eller arbeidet på et boreanlegg har god forståelse for utfordringen og usikkerheten. Borestrengen veier nær 300 tonn på 3000 meters dybde, der strekket i det relativt tynne borerøret tilsvarer vekten av 8 fulle trailere. Forlengelsen blir flere meter, og dette blir tydelig når borkronen plasseres på bunnen slik at strekket avlastes: Borer må senke inn en betydelig lengde borestreng for å få tilstrekkelig vekt på borkronen.
Samtidig skjer en fundamental endring i systemet: Strekket på et punkt i strengen blir avløst av kompresjon. Det skapes et nøytralpunkt med null aksiell kraft, der strengen nedenfor er fri i aksial retning. Når borkronens skjær drives rundt, blir egensvingninger i denne frie delen praktisk talt uunngåelig. Om dynamikken blir ikke-lineær eller kaotisk avgjøres av flere faktorer, de fleste utenfor påvirkning fra overflaten. Dette er det "hvite feltet på kartet".
Den negative effekten fra disse svingningene på borkronens ytelse og levetid er ensidig negativ, samtidig som prosessen er frikoblet fra kontrollsystemene på overflaten. Dermed finnes en betydelig barriere for prosessforbedring.
En utfordring med hensyn til skade på utstyr og komponenter følger med den uforutsigbare dynamikken i dette området, hvor alle avanserte komponenter dessverre er lokalisert. Dette gjelder både for mekaniske koblinger med overganger og elektronikk. Noe belastningsinformasjon kan innhentes fra akselerometre i disse delene, men disse har sterkt bias mot frihet og bevegelse og er blinde for de mest destruktive svingningene i kompresjonskraft, torsjon og bøyning. Dette siste er en del av grunnen til at påliteligheten av disse systemene ikke har blitt nevneverdig forbedret med vibrasjonsvarsling.
Fokus på datamodellering
Egensvingninger i slike relativt frie mekaniske systemer kan påvirkes av et stort utvalg faktorer. Samtidig åpner en del faste forutsetninger eller "skinner" for at moderne datakraft kan karakterisere komplekset i noen grad. Det tekniske universitetet i Eindhoven har gjennom flere år arbeidet med en modell som kan forutsi svingningene under nøytralpunktet under boring ut fra forenklede systemer. Gjennom et internasjonalt samarbeid har universitetets avdeling for dynamikk og kontrollsystemer og universitetet i Minnesota kommet til en ny forståelse av det "hvite feltet på kartet" og påvirkningen dette har på borkronens effektivitet.
Resultatet er praktisert gjennom en revidert generasjon regulatorer fra norske Tomax, patentert og lansert internasjonalt i 2016.
For å fjerne begrensningen som ligger i frihetsgraden under nøytralpunktet viste modellene fra akademia at alle eventualiteter med hensyn til svingningenes amplitude og styrke måtte dekkes for å oppnå en konsekvent forbedring. Patentet fra 2016 og utviklingen siden har vært fokusert på dette. Enheter som leveres i dag er i stand til å regulere kompresjons- eller vektsvingninger opp til tre ganger verdiene som avleses på overflaten.
Braksuksess
Tomax-regulatoren har løftet industrien over en langvarig begrensning og har dermed blitt en fellesnevner for områder med behov for høyeffektiv boring over hele verden. Eksemplene omfatter Permian Basin i USA, dypvannsboring utenfor Brasil og en ny generasjon lange og superlange brønner i Midtøsten. Totalt bores det mellom 1300 og 1600 brønner med AST hvert år.
Systematiske gevinster
Da Tomax lanserte sin dataoptimaliserte løsning "Counterforce Assisted Anti Stick-Slip Technology" (XC-AST) ble det boret hundrevis av identiske brønner i skiferfeltene i USA. Ytelsesforbedringen viste verdien av AST umiddelbart. Et ledende amerikansk oljeselskap gjennomførte en studie som involverte nesten 80 brønner. Den viste hvordan AST ville redusere tidsavbrudd i boreprosessen med 70 %. Dette resulterte i en femdobling i bruken av AST i USA.
Norsk teknologi fikk dermed sitt globale gjennombrudd, inkludert på landriggene i Texas – oljeboringens vugge.
Smart i det lange perspektivet
Det grunnleggende ved dyp boring, uavhengig av formål, vil fortsatt basere seg på en borestreng. Dette innebærer at vi alltid vil ha begrenset kontroll over dynamikken fra overflaten, og tilsvarende stor verdi av en regulator nede i hullet. Denne vedvarende utfordringen gjør at Tomax forventer fortsatt vekst i minst 20 år, sier Håkon Skjelvik, daglig leder siden 2008.
Skjelvik understreker at en forutsetning for langsiktighet i energimarkedet er toleranse for svingninger og smarte løsninger også i driften. Tomax har for eksempel fjernet behovet for mannskaper ved selve regulatoren og leveransen på rigg. Bestilling og oppfølging skjer gjennom en B2B «Click’n Rent»-plattform, der gjenbruk av regulatoren er optimalisert med moderne logistikk og tilstandskontroll.