無人機(jī)空中檢查-石油鉆井平臺(tái)維護(hù)和檢查：4 種新技術(shù)主導(dǎo)的方法

石油鉆井平臺(tái)易受自然災(zāi)害影響。今年，受颶風(fēng)弗朗辛影響，美國(guó)近169 個(gè)海上平臺(tái)被迫暫時(shí)關(guān)閉，導(dǎo)致原油和天然氣生產(chǎn)中斷。幸運(yùn)的是，大多數(shù)鉆井平臺(tái)在及時(shí)維護(hù)和維修后恢復(fù)運(yùn)行。

定期維護(hù)石油鉆井平臺(tái)是必須的，這樣才能最 大限度地減少設(shè)備對(duì)環(huán)境的一次性和持續(xù)影響，并確保資產(chǎn)使用壽命長(zhǎng)。然而，這絕非易事，特別是如果您主要使用傳統(tǒng)方法。

通過行業(yè)領(lǐng)袖的案例研究，了解新興技術(shù)如何幫助簡(jiǎn)化石油鉆井平臺(tái)維護(hù)和檢查流程。

石油鉆井平臺(tái)安全不容商榷

石油鉆井平臺(tái)對(duì)經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要，為家庭、交通和工廠提供能源。例如，美國(guó)14.5%的原油依賴于墨西哥灣聯(lián)邦近海的鉆探。因此，計(jì)劃外的停機(jī)時(shí)間會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和運(yùn)營(yíng)商的盈利能力造成嚴(yán)重影響。

據(jù)通用電氣石油天然氣公司稱，海上石油和天然氣公司每年因計(jì)劃外停機(jī)損失 4900 萬美元，其中表現(xiàn)最差的公司損失高達(dá) 8800 萬美元。

然而，石油鉆井平臺(tái)維護(hù)的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了金錢損失。延遲的糾正性維護(hù)可能導(dǎo)致重大事故——從石油泄漏和氣體排放到工業(yè)火災(zāi)和爆炸。在最壞的情況下，工人可能會(huì)受傷或死亡。

英國(guó)石油公司的案件為我們敲響了警鐘。2010年，該公司深水地平線鉆井平臺(tái)發(fā)生爆炸，導(dǎo)致墨西哥灣發(fā)生致命漏油事件。該事件還造成 11 人死亡，并導(dǎo)致 420 萬桶石油泄漏，持續(xù)泄漏超過 87 天。當(dāng)時(shí)，英國(guó)石油公司面臨歷史上最 大的環(huán)境罰款，和解金額高達(dá) 187 億美元。

定期維護(hù)石油鉆井平臺(tái)有助于降低關(guān)鍵設(shè)備性能下降的可能性。及早發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障、結(jié)構(gòu)性能下降和電氣問題有助于防止持久損壞。持續(xù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)還可以降低維修成本并延長(zhǎng)資產(chǎn)使用壽命。維護(hù)良好的石油鉆井平臺(tái)不易受到惡劣環(huán)境條件的影響，更有利于人員安全，也不太可能造成負(fù)面環(huán)境影響——這正是監(jiān)管機(jī)構(gòu)所期望的。

美國(guó) BSEE 是一家政府機(jī)構(gòu)，每年在 1750 多家工廠部署120 多名檢查員，執(zhí)行 2 萬次全國(guó)性檢查。它還要求其監(jiān)管的地區(qū)每月或每季度提交檢查報(bào)告。EUOAG對(duì)歐盟注冊(cè)的運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行類似的監(jiān)督。

美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心(CDC) 規(guī)定每年對(duì)石油鉆井平臺(tái)上的起重吊索、鏈條吊索和滅火器進(jìn)行檢查。每月檢查包括檢查應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)、電氣設(shè)備、墜落防護(hù)、樓梯、人行道、線路、吊索、軟管和可能存在化學(xué)危害的地方。

為了遵守規(guī)定，有效的石油鉆井平臺(tái)檢查程序通常包括：

l定期條件監(jiān)測(cè)

l油井和防噴器檢查

l結(jié)構(gòu)完整性檢查

l電氣系統(tǒng)測(cè)試

l專業(yè)設(shè)備檢查（泥漿和鉆井系統(tǒng)）

l事故和故障檢查

l船員能力評(píng)估

l掉落物體檢查

l健康、安全和環(huán)境 (HSE) 檢查

每個(gè)子部分都有一長(zhǎng)串強(qiáng)制行動(dòng)清單，分配給現(xiàn)場(chǎng)團(tuán)隊(duì)和外部檢查機(jī)構(gòu)。其中一些可以通過新興技術(shù)有效地簡(jiǎn)化。

如何利用新興技術(shù)改進(jìn)石油鉆井平臺(tái)檢查流程

石油鉆井平臺(tái)維護(hù)既需要專業(yè)的人力（例如，有能力的無損檢測(cè)專業(yè)人員）也需要有效的資源協(xié)調(diào)。大多數(shù)團(tuán)隊(duì)需要最 大限度地利用可用的計(jì)劃停機(jī)時(shí)段。

同時(shí)，由于存在一些固有風(fēng)險(xiǎn)，所有檢查和維護(hù)程序都必須遵守嚴(yán)格的安全措施。例如，在水下結(jié)構(gòu)檢查或繩索攀爬任務(wù)期間。

工業(yè)檢查無人機(jī)和水下航行器、物聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和人工智能助手等新技術(shù)有助于使石油鉆井平臺(tái)檢查流程更快、更安全、更便宜。

部署無人機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估

高濕度、咸海浪和強(qiáng)風(fēng)對(duì)某些人來說可能聽起來像是一個(gè)理想的假期。但對(duì)于石油鉆井平臺(tái)操作員來說，這些都是材料退化、腐蝕、生銹和開裂的征兆。持續(xù)暴露在風(fēng)暴和颶風(fēng)中會(huì)加劇損害。

無損檢測(cè) (NDT) 方法，例如超聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)和渦流檢測(cè)，可以幫助檢查人員在質(zhì)量下降成為有新聞價(jià)值的事件的原因之前識(shí)別出質(zhì)量下降的早期跡象。

NDT 可以可靠地顯示以下跡象：

l管道和閥門開裂和腐蝕

l火炬塔的化學(xué)腐蝕

l原油儲(chǔ)罐壁變薄

l電纜損壞、腐蝕

l焊接時(shí)的孔隙、夾雜物和脫粘

l欄桿和梯子生銹

l排放量增加

無人機(jī)（如Voliro T）結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動(dòng)靈活，配備穩(wěn)定傳感器，可在高空進(jìn)行接觸式檢查。我們的專業(yè) UT 探頭每小時(shí)可收集多達(dá) 100 個(gè)厚度讀數(shù)，提供有關(guān)資產(chǎn)退化的可靠信息。高溫 UT 版本還允許測(cè)試 0-260 °C / 32-500 °F 范圍內(nèi)的資產(chǎn)，如加熱火炬煙囪或管道。

我們先進(jìn)的導(dǎo)航技術(shù)由兩個(gè)六件套 LiDAR 傳感器驅(qū)動(dòng)，即使在沒有 GPS 的環(huán)境中，無人機(jī)也能安全飛行。因此，您不必?fù)?dān)心由于信號(hào)不穩(wěn)定而丟失裝備。這也意味著您也可以執(zhí)行室內(nèi)任務(wù)。例如，收集儲(chǔ)罐內(nèi)的厚度測(cè)量值。

除此之外，專業(yè)的石油和天然氣無人機(jī)還可以幫助檢測(cè)天然氣泄漏并持續(xù)監(jiān)測(cè)排放水平。配備頂 級(jí)攝影測(cè)量設(shè)備的模型還可以簡(jiǎn)化鉆機(jī)結(jié)構(gòu)的 3D 掃描和建模，并已成為資產(chǎn)管理計(jì)劃中的常見組成部分。

使用 AUV 進(jìn)行水下管道和流動(dòng)系統(tǒng)檢查

“水下檢查員”或“焊工”的工作是世界上最危險(xiǎn)的工作之一。由于能見度低，控制動(dòng)作的能力下降，一位專家表示，這就像“在月球上行走”。潛在的危險(xiǎn)包括旋轉(zhuǎn)設(shè)備造成的傷害、電擊、減壓病和氮?dú)庖鸬臏p壓病。

自主水下機(jī)器人 (AUV) 正在逐漸取代人類從事最危險(xiǎn)的作業(yè)。AUV 可承受深海作業(yè)（目前記錄為 3400 米深），配備機(jī)器人操縱器，可在石油鉆井平臺(tái)上執(zhí)行一系列檢查任務(wù)。

例如，殼牌經(jīng)常在北海的淺水作業(yè)以及墨西哥灣和巴西的深水作業(yè)中使用 AUV。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于一系列任務(wù)：從閥門操作和設(shè)備耦合到檢查甚至維修（包括焊接）。得益于改進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺功能，無人機(jī)還可以跟蹤脫錨和地表運(yùn)動(dòng)，為團(tuán)隊(duì)提供罕見的深海數(shù)據(jù)。

德國(guó)人工智能研究中心 (DFKI)開發(fā)了一種用于水下任務(wù)的雙臂 AUV。它可以攜帶聲納傳感器和激光掃描儀進(jìn)行地形測(cè)繪。由于其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和人工智能引導(dǎo)的駕駛，該無人機(jī)具有高度機(jī)動(dòng)性，可以自主或通過遠(yuǎn)程控制進(jìn)入復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或小元素。憑借兩個(gè)集成臂和嵌入式抓取機(jī)制，AUV 可用于水下維修。

用于預(yù)防性維護(hù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以從所有連接的機(jī)器（使用本機(jī)功能或物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)）持續(xù)收集數(shù)據(jù)，并將其與其他數(shù)據(jù)源聚合，以全面了解資產(chǎn)的性能。

在石油鉆井平臺(tái)上，狀態(tài)監(jiān)測(cè)通常包括：

l對(duì)泵、壓縮機(jī)和渦輪機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，以檢測(cè)異常運(yùn)動(dòng)模式。

l對(duì)電氣系統(tǒng)、軸承和電機(jī)進(jìn)行熱成像監(jiān)控，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)任何過熱和燒傷情況。

l對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱和液壓系統(tǒng)的潤(rùn)滑油進(jìn)行分析，以防止過熱、腐蝕和摩擦故障。

l聲發(fā)射測(cè)試可防止壓力容器和管道破裂和泄漏。

l電機(jī)電流特征分析 (MCSA)用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子條缺陷、軸承故障或絕緣劣化等問題。

除了減少停機(jī)時(shí)間和延長(zhǎng)資產(chǎn)使用壽命之外，狀態(tài)監(jiān)測(cè)還有助于監(jiān)測(cè)合規(guī)性和協(xié)調(diào)計(jì)劃。

西方石油公司使用其狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來最 大限度地減少意外事件。該公司在云端匯總資產(chǎn)績(jī)效數(shù)據(jù)，然后將其輸入到之前根據(jù)歷史記錄進(jìn)行訓(xùn)練的人工智能模型中。該模型可以預(yù)測(cè)缺陷，并根據(jù)其有效性學(xué)習(xí)在未來做出更好的假設(shè)。此外，西方石油公司使用配備人工智能支持的攝像頭技術(shù)的無人機(jī)來檢測(cè)頂部和海底的腐蝕情況。

擁有穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流可以加快問題檢測(cè)和根本原因調(diào)查的速度，也是啟動(dòng)預(yù)測(cè)性維護(hù)計(jì)劃的墊腳石。甚至可以創(chuàng)建數(shù)字孿生——基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的真實(shí)資產(chǎn)的虛擬 3D 復(fù)制品。

荷蘭皇家殼牌公司花了數(shù)年時(shí)間建立了一套出色的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于跟蹤全球 10,000 多臺(tái)設(shè)備。其預(yù)測(cè)性維護(hù)組件安裝在 10,000 臺(tái)最關(guān)鍵的資產(chǎn)上，每周收集超過 200 億行數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)可以檢測(cè)泄漏和意外排放，并預(yù)測(cè)上游、制造和天然氣資產(chǎn)的設(shè)備故障。

人工智能輔助鉆井作業(yè)

地質(zhì)地形、地震活動(dòng)和流體特性可能會(huì)決定您的下一次鉆井作業(yè)的成敗。這一過程面臨諸多挑戰(zhàn)，從有問題的巖層到不穩(wěn)定的鉆孔，再到儲(chǔ)層滲透性降低。

最近，人工智能算法開始發(fā)揮作用，使鉆井作業(yè)更加可預(yù)測(cè)。通過高精度數(shù)據(jù)分析，人工智能模型可以識(shí)別鉆井危險(xiǎn)，根據(jù)用例建議最 佳設(shè)備和校準(zhǔn)參數(shù)，甚至向操作員建議糾正措施。

例如，V?r Energi 使用eDrilling 的自動(dòng)監(jiān)控軟件在北海開發(fā)了一口新井。AI 系統(tǒng)將模擬的 SPP 值與實(shí)時(shí)值進(jìn)行比較，并對(duì)顯著差異發(fā)出警報(bào)。得益于提前警報(bào)，V?r Energi 避免了鉆孔坍塌、巖屑堆積和管道卡住事故。更不用說可能引發(fā)緊急維護(hù)的任何設(shè)備損壞。

與此同時(shí)，Equinor使用改造成麥克風(fēng)和溫度傳感器的光纖電纜從油藏收集大量數(shù)據(jù)。然后，人工智能算法分析油藏中的地震活動(dòng)并提出最 佳鉆井路徑。專家仍然做出最終決定，但該系統(tǒng)已將油井規(guī)劃從幾個(gè)月的艱難手動(dòng)過程轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢栽趲滋靸?nèi)安全完成的過程。得益于先進(jìn)的情景建模，Equinor 可以更好地規(guī)劃運(yùn)營(yíng)計(jì)劃并優(yōu)化設(shè)備使用，從而降低損壞風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)論

石油鉆井平臺(tái)維護(hù)需要大量的協(xié)調(diào)工作和敏捷的反應(yīng)。由于天氣不穩(wěn)定，您精心制定的計(jì)劃可能需要在最后一刻更改。無人機(jī)、水下機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能算法等新技術(shù)為團(tuán)隊(duì)提供了更可靠的數(shù)據(jù)和更好的運(yùn)營(yíng)預(yù)見性。

像 Voliro 這樣的工業(yè)檢查無人機(jī)還能提高您的團(tuán)隊(duì)的速度。您可以在更短的機(jī)會(huì)窗口內(nèi)檢查更大的資產(chǎn)，而不會(huì)影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。得益于可堆疊的 NDT 工具，Voliro 的無人機(jī)可用于檢測(cè)可見的腐蝕、侵蝕、保護(hù)涂層變薄、絕緣層下的腐蝕以及防雷系統(tǒng)的電氣問題。最后，作為 Voliro 訂閱的一部分，我們承擔(dān)所有維護(hù)、重新認(rèn)證和備件交付。