页岩油行业迅猛发展，美国各地都在开采主要的页岩气，就像蛮荒的西部一样——石油公司以最快的速度钻井。易开采石油的日子一去不复返了。但在过去的十年里，随着技术的发展，石油生产商可以利用定向钻井、微地震技术和多级压裂等非常规资源来开采页岩油。
“这些技术汇集在一起，我们显然在国内外也拥有大量资源，”销售和营销副总裁克里斯·勒布朗(Chris LeBlanc)说石灰的仪器(www.limeinst.com),该公司主要在页岩增产和生产领域提供定制的大批量控制系统。“但从经济上来说，去那里非常困难。”
以经济和安全的方式收集这些储备需要一定程度的自动化，而这在很多情况下都不具备。尽管一些钻井和勘探公司正在利用先进的控制和自动化技术，但大多数行业仍然使用相当基本的自动化，主要关注安全性和正常运行时间，很少考虑产量和产量优化。
在钻井和生产阶段都是如此。
“自动化是非常基础的，尤其是在井口，但即使是在一些被撤回的加工工厂，”自动化供应商美国化学、石油和天然气副总裁布兰登·斯宾塞说ABB(www.abb.com)。他指出，其中许多控制系统仍然基于plc而不是DCS。
系统集成商项目经理Lee Swindler表示，在行业的下游端，更严格的监管环境和更多的公众监督导致了更多的自动化和控制特立独行的技术(www.mavtechglobal.com)。“相反，在中游，尤其是上游，他们更像牛仔，”他说。“没有同样的纪律水平，没有同样的成熟水平。这也延伸到了自动化方面。”
Frank Whitsura，副总裁兼项目和自动化解决方案总经理霍尼韦尔过程解决方案(HPS，www.honeywellprocess.com),将今天的页岩气行业与30年前的炼油行业进行比较——大量不同的单元，不成熟的控制，低吞吐量和产量。他说:“如果你看看今天的页岩气格局，你会发现它实际上处于非常相似的状况。”
但该行业正处于技术爆炸的边缘，英国石油公司北美油气经理杰里•海因斯(Jerry Hines)表示国家仪器(www.ni.com)。他表示，许多一线和二线企业已经感受到大量中小企业蚕食其市场份额的影响。“他们正在实施新技术，摆脱他们拥有的专有、更复杂的系统。”
钻探的需要
常规钻井只有在井成熟后才会采用气举等提高采收率的方法。然而，页岩钻探是一个不同的故事。石油公司的石油和天然气顾问Sudhir Jain解释说，由于石油是从页岩的裂缝中出来的，在出来的时候它会失去压力，所以几乎80%的井采用气举技术，增加气体压力，以帮助油和水更快地出来艾默生过程管理(www.emersonprocess.com)。
抽油杆是一种最常见的基本技术，它可以通过时间或测量和计算来控制。Goodrich的生产工程师瑞秋•菲利普斯•赫里克(Rachel Phillips Herrick)表示:“这可能是我们这个行业第一次使用自动化。”
石油，一个独立的石油和天然气勘探，开发和生产(EDP)公司。她补充说，无柱塞技术是该行业最便宜的人工举升方式。“这是一个简单的部件，可以把水带回来。它是由时间控制的，或者你可以更数字化，通过压力、速率和压差来控制。”
Jain说，闭环控制将使气举技术更加成功。他说:“目前在任何地方都没有这样做，但我认为这是未来的趋势。”他描述了设定值测量，可以帮助优化水流，也可以看到在这个过程中可以处理多少水。“这是未来，我们现在在平台上做得非常成功。”
Phillips Herrick说，钻井公司需要注意不要损坏油井，这在人工举升过程中很容易发生。“我们不能抽得太多，否则会破坏水库。我们必须对油井进行控制，并完全控制压力。”“想象一下敲打混凝土，直到它碎成小块。它会阻碍油井的流动。这在第一年尤其重要。有了这些高分辨率的数据，我们可以防止这种情况发生。”
Phillips Herrick说，压力和流量的测量对于储层分析非常重要。Goodrich利用以前井的数据来改进未来井的钻井。“这都是基于类比的。我们有一些公式，可以将我们的传统知识应用于此，”她说。“我们从前几口井获得了紧密的曲线数据，我们可以做得更好。”
中游控制
在增产和生产阶段，高分辨率数据也是必不可少的。NI的Hines表示:“油井投产后的监测是另一个有很大增长空间的领域。”“现在它还没有完全自动化。在很多情况下，他们依靠人们前往井场，在那里呆上几天。能够远程操作并将仪器永久放置在那里是我们中长期关注的一个领域。”
>>点击这里阅读自动化如何消除页岩油安全风险。
Lime Instruments是NI的重要合作伙伴，主要为第三方勘探公司提供控制系统。LeBlanc指出，在资产和过程监控的最前沿，其高度网络化的设备是每秒至少10,000次采样仪器。
尽管如此快的采样率可能不需要发现经常重复出现的问题，但它们对于发现间歇性问题至关重要。“在数据方面，速度越快越好，但也有一个最佳点。现在大约是1万。”勒布朗说。“如果你有问题，你需要看到有4毫秒的信息命中。除非你的采样速度足够快，否则你不会看到它。”
Lime仪器参与的一个典型页岩井场将有20到30个重型设备，“所有这些设备都联网在一起，就像一个巨大的仪器。所有东西都是分散的，但执行起来就像一个工具一样。”他说，虽然任何一台泵或搅拌器都可以单独监控，但“真正的价值是当你把它们结合在一起时”。
监控这些数据主要是为了使所有设备保持在最佳水平上运行，以提高正常运行时间和安全性，并尽可能从地下开采出最多的石油。LeBlanc说:“在目前的页岩储层中，储层非常窄，因此对处理的控制必须非常精确。”他解释说，井中压力过大会同时排出太多昂贵的原材料，但压力也不能太低。“它必须非常精确。他们需要更好、更严格、更可重复的控制。”
Spencer说，与许多行业一样，页岩油公司也担心数据过载，因此他们关注的是相对简单的数据点，包括流量、温度、压力等。他说:“他们试图获得更多的统计数据，考察流程的生产率和效率。”“他们将一些数据拉回中心位置，以查看一口井与另一口井，或者一个生产单元与另一个生产单元的情况。”
斯宾塞指出，目前，很多数据都是在地方一级处理的。“但我们最近与主要公司进行了会谈，他们对从较小的单位和较小的加工厂转移到更集中的地点，拥有更大的加工厂很感兴趣。它们开始与海上设施有更多的共同点。”
还在进化
目前，页岩气行业正在进行许多创新，但仍有一些领域需要改进。
Maverick的Swindler表示，越来越多老练的用户开始关注上游流程的优化。他说:“特别是如果他们有下游业务，他们已经看到了什么是可能的，因为钱就在桌子上。”“他们意识到，如果他们能从下游引进一些最佳实践，他们就能提高效率，赚更多的钱。”
展望未来，页岩油生产商将能够更好地利用这些数据进行预防性维护。“这就是未来，”勒布朗说。“说实话，这不是一个容易解决的问题，尤其是在这种恶劣的环境下。但这绝对是未来。”
通常，一家服务公司在一次作业中可能有15台泵。由于井场的正常运行时间对他们在该行业的生存至关重要，他们在现场保留了两到三台泵作为备用，每台泵的成本超过100万美元。与此同时，他们可能不得不拒绝另一份工作，因为他们没有足够的泵马力储备。如果他们能够预测和监测他们正在使用的泵的健康状况，他们就不需要那么多的备用泵，并且可以把一些备用泵用于其他工作。
斯宾塞说，数据的集中以及他们如何处理这些数据也将非常重要。他说:“他们说，‘我们赞赏你提供给我们的所有数据，但你必须帮我想办法如何利用这些数据。’”“他们不仅要被动应对，还要积极主动。”
Swindler说，考虑到页岩油仍处于繁荣周期的上升期，一切都在按照你预期的方式进行。“一旦它成熟了，以最有效的方式获得最大收益将变得比速度更重要。”
然而，页岩气行业并没有放缓。斯宾塞指出，这种紧迫感仍然非常强烈，但制片人也开始进一步展望未来。他说:“他们的脚仍然踩在油门上，但他们意识到，这家工厂将在未来10年里一直存在。”“所以现在的情况是:尽可能快地跑，但在你跑的时候，看看周围的科技。”
