Memikirkan Kembali Sistem Kontrol untuk Multi-Well Pad

Data, persyaratan kontrol mendorong kebutuhan untuk arsitektur kontrol modular dan skalabel.

Kemajuan pengeboran telah mendorong evolusi operasi minyak dan gas dari lapangan sumur tunggal yang sederhana menjadi bantalan multi-sumur yang lebih kompleks.

Saat ini, banyak produsen menggunakan teknik fracking dan pengeboran lateral untuk menempatkan 10 sumur atau lebih pada satu pad. Beberapa operator bahkan mendorong operasi mereka menjadi sebanyak 52 sumur dalam satu pad.
Kemajuan ini tidak hanya meningkatkan perolehan produksi dari sumur tetapi juga menciptakan peluang produksi yang sama sekali baru di area yang tidak biasa. Mereka juga telah memungkinkan produsen minyak dan gas untuk mengurangi jejak operasional mereka.

Namun, untuk semua manfaat bantalan multisumur, peningkatan besar dalam ukuran dan cakupannya telah menciptakan tantangan baru. Kepadatan yang lebih tinggi dari beberapa sumur pada satu pad meningkatkan peralatan yang dibutuhkan di lokasi dan menghasilkan kebutuhan data dan kontrol yang jauh lebih besar.

Arsitektur kontrol tradisional yang telah digunakan selama beberapa dekade didorong ke batasnya dan mungkin tidak lagi berkelanjutan. Sebaliknya, sistem kontrol yang lebih canggih diperlukan untuk menangani arsitektur skalabel yang dibutuhkan oleh well pad modern.

Akibatnya, baik operator maupun pembuat peralatan yang mendukungnya kini harus memodifikasi—jika tidak mengubah secara radikal—pendekatan sistem kontrol mereka untuk bantalan multisumur ini.

Evolusi Teknologi RTU

Produsen hulu migas telah mengandalkan teknologi remote terminal unit (RTU) untuk kontrol lokasi sumur selama beberapa dekade. Awalnya, biaya penerapan RTU dan tantangan dalam memprogramnya membatasi perangkat pada akuisisi dan kontrol data sederhana.

Namun, seiring waktu, RTU memasukkan lebih banyak fitur, termasuk I/O, komunikasi, dan pemrograman IEC-61131. Kemampuan ini memungkinkan operator minyak dan gas untuk memantau lebih banyak titik data, riwayat log dan alarm, serta menambahkan perhitungan yang lebih kompleks ke dalam RTU. Pembuat peralatan dan perusahaan teknik juga mulai mengembangkan aplikasi khusus untuk kontrol pengangkatan buatan kepala sumur dengan pengontrol mikroprosesor eksklusif.

Akhirnya, hampir setiap produsen artificial-lift telah mengembangkan RTU sendiri untuk mengontrol dan mengoptimalkan solusi masing-masing. Perusahaan teknik juga mengembangkan metode mereka sendiri dengan aplikasi RTU yang sedikit berbeda, sementara produsen instrumentasi memperkenalkan instrumen baru untuk mengukur hampir semua titik proses yang diperlukan.

Namun, baru-baru ini, peningkatan persyaratan yang terkait dengan operasi pad multi-sumur mulai melebihi kemampuan teknologi RTU.

Perangkat Didorong ke Batasnya

Setiap sumur di pad multi-sumur membutuhkan pengangkatan buatan, pengukuran aliran, kontrol peralatan, dan pengukuran level. Ini menciptakan lebih banyak I/O dan permintaan kontrol daripada yang dapat ditangani oleh satu RTU. Akibatnya, produsen minyak dan gas terpaksa membeli RTU tambahan dan menyebarkan aplikasi dan kontrol lokasi di beberapa unit.

Produsen minyak dan gas telah berhasil mengimplementasikan beberapa pengontrol RTU pada well pad, tetapi mereka mengalami beberapa masalah umum dengan arsitektur ini. Beberapa masalah tersebut antara lain:

• Mengubah manajemen beberapa konfigurasi atau program di setiap well pad.
• Manajemen komunikasi dari banyak RTU di lokasi (misalnya, komunikasi peer-to-peer).
• Komunikasi SCADA ke beberapa perangkat keras vendor.
• Eksekusi program kustom di RTU tidak dapat diandalkan.

Permintaan utama pada perangkat RTU datang ketika kontrol pad multi-sumur yang jauh lebih besar diperlukan. Ini dapat mencakup operasi dengan 10 atau bahkan beberapa lusin sumur pada satu bantalan sumur. Kepadatan sumur yang lebih tinggi di pad juga meningkatkan peralatan yang dibutuhkan di lokasi. Misalnya, banyak dari bantalan sumur ini memiliki pemisah sendiri.

Pemasangan menara kompresi pipa, unit pemulihan uap (VRU) dan menara VRU juga menjadi lebih ekonomis karena tingginya laju gas alam yang dihasilkan dari pad. Sewa unit transfer tahanan otomatis (LACT), transfer air, dan mesin injeksi kimia juga sering terlihat di bantalan sumur ini.

Selain itu, banyak produsen minyak dan gas berinvestasi pada bangunan listrik yang dikenal sebagai E-houses. Bangunan ini menampung distribusi daya utilitas utama, pusat kendali motor (MCC), sakelar jaringan, dan catu daya tak terputus (UPS), dan sering kali dikontrol secara lingkungan.

Semua peningkatan ini—dalam peralatan, instrumentasi lapangan, dan aplikasi—hanya menambah masalah umum dengan arsitektur RTU.

Mereka juga menciptakan tantangan layanan dan dukungan baru. Penggunaan beberapa RTU telah menyebabkan beberapa konfigurasi aplikasi dan program untuk memeliharanya. Ini juga memaksa operator minyak dan gas untuk bekerja dengan banyak vendor.

Selain itu, memiliki beberapa perangkat dari beberapa vendor juga mengharuskan pekerja memiliki lebih banyak pelatihan dan pengalaman untuk mendukungnya. Sementara beberapa produsen sepenuhnya memiliki staf terlatih untuk menangani pemeliharaan sistem kontrol sumur, banyak yang tidak. Produsen ini harus mengandalkan dukungan produsen atau dukungan rekayasa kontrak untuk mempertahankan sistem kontrol mereka.

Pindah ke Modular, Sistem Kontrol yang Dapat Diskalakan

RTU telah memenuhi perannya selama beberapa dekade dalam menangani persyaratan kontrol sederhana, interaksi perangkat lapangan sederhana, dan komunikasi sederhana. Tapi mereka tidak lagi memadai di lingkungan operasi yang lebih kompleks saat ini.

Banyak produsen minyak dan gas yang mengalami masalah RTU umum telah menemukan solusi alternatif yang layak dalam bentuk pengontrol logika terprogram (PLC) yang modular dan dapat diskalakan. Teknologi PLC telah disesuaikan selama bertahun-tahun di lingkungan kontrol proses industri yang sama kokohnya dengan produksi minyak dan gas hulu.

PLC menawarkan sejumlah manfaat dibandingkan dengan RTU:

• Modularitas: Beberapa RTU mendukung perangkat keras modular. Tetapi menyeimbangkan persyaratan modul dengan persyaratan aplikasi dan kontrol dalam RTU jauh lebih sulit daripada di PLC. Selain itu, modul pihak ketiga untuk RTU biasanya tidak tersedia karena RTU bukan arsitektur terbuka, sedangkan PLC tersedia.
  
  Berbagai macam modul tersedia untuk PLC yang memungkinkan pemantauan dan kontrol berbagai instrumen lapangan. Dukungan komunikasi untuk berbagai jenis jaringan juga didukung melalui konfigurasi modular.
  
  
• Skalabilitas: Ini penting ketika mempertimbangkan bagaimana pad multi-sumur disatukan. Sebuah sumur tunggal akan sering dipasang di lokasi multi-sumur, dan tidak sampai berbulan-bulan atau bahkan bertahun-tahun kemudian sumur dan peralatan tambahan akan online.
  
  Dalam hal ini, pembuat peralatan ingin dapat membangun skid peralatan di luar lokasi dan kemudian cukup mencolokkannya dan mengonfigurasinya di well pad. Mereka ingin mengurangi kebutuhan penggalian parit, penarikan kawat, pemutusan kawat, pemasangan panel dan instrumen di lapangan untuk membantu memangkas biaya. Skalabilitas dalam pemrograman dan perangkat keras diperlukan dalam kasus ini, dan itulah yang ditawarkan oleh teknologi PLC.
  
  
• Kemudahan Pemrograman: Secara historis, PLC dipandang sebagai kanvas kosong untuk otomatisasi dan kontrol. Hanya perusahaan teknik atau pemrogram berpengalaman yang tahu bagaimana memulai dari awal dan mengembangkan kontrol yang diperlukan dalam PLC.
  
  Namun, PLC modern memiliki perpustakaan kode yang telah dikembangkan dan didokumentasikan yang dapat ditambahkan dengan cepat dalam hampir mode drag-and-drop. Beberapa vendor PLC juga memiliki perpustakaan hulu minyak dan gas yang telah dikembangkan sebelumnya yang dapat dikonfigurasi di tempat. Produsen minyak dan gas hanya perlu mengaktifkan dan mengkonfigurasi data yang diperlukan dari HMI untuk memulai PLC, atau menambahkan perangkat keras skid ke dalam sistem yang ada.
  
  Ini dapat menghilangkan kebutuhan akan seseorang seperti sumur teknisi dengan keahlian khusus untuk mengetahui lingkungan pemrograman dan menulis kode baru saat menambahkan perangkat keras.
  
  Terlebih lagi, perubahan program dan konfigurasi dapat dilakukan secara online di PLC tanpa mematikan proses. RTU secara tradisional tidak dapat menerima perubahan seperti itu tanpa offline dan diunduh. Ini adalah pembeda penting dalam lingkungan pad multi-sumur modern karena mematikan sistem kontrol mengakibatkan hilangnya produksi.
  
  
• Fungsi I/O Jarak Jauh: RTU secara tradisional tidak memiliki fungsionalitas I/O jarak jauh asli, tetapi PLC memilikinya. Hal ini dapat mengurangi biaya untuk instalasi. Selain itu, ketika selip peralatan ditambahkan ke lokasi, mereka dapat datang dengan I/O dan instrumen yang telah dipasang sebelumnya dan berkabel. Memulai skid ini semudah mencolokkan kabel Ethernet ke sakelar dan mengonfigurasi I/O di pengontrol.

Meningkatkan Manajemen Siklus Proses

Manajemen siklus hidup well pad dapat menjadi masalah besar bagi tim operasi. Sumur dapat melewati banyak kondisi aliran yang berbeda, termasuk aliran alami, pompa submersible elektronik (ESP) atau pompa rongga progresif (PCP), dan pompa batang pengisap. Dan jenis aliran serta siklus hidup dapat bervariasi dengan baik.

Beberapa RTU sering digunakan hanya untuk mengontrol berbagai siklus hidup sumur. Mengubah RTU berarti mengubah driver komunikasi ke sistem SCADA karena RTU fisik di sumur adalah perangkat keras dari vendor baru. Dan mengonfigurasi RTU untuk mengontrol aplikasi dan menyiapkan perangkat keras itu di sistem seringkali merupakan proses yang melelahkan.

Well pad berbasis PLC dapat memberikan kelegaan yang signifikan di area ini, memberikan manfaat efisiensi dan pengoptimalan yang mungkin tidak pernah terpikirkan oleh operator.

Dengan menggunakan arsitektur perangkat keras I/O modular dan skalabel yang diberikan oleh PLC, operator dapat memasang modul I/O tepat di tempat instrumentasi berada dan mengirimkan data tersebut ke PLC. Dan terlepas dari pendekatan desain I/O apa yang digunakan oleh produsen minyak atau gas, perangkat keras dalam sistem kontrol akan tetap konstan, komunikasi ke sistem SCADA akan menggunakan driver yang sama, dan sistem akan tetap online dan mengendalikan semua aplikasi sebagai pembaruan dibuat. Sementara itu, hanya ada satu program PLC yang harus dipelihara.

Ada juga soal dukungan aplikasi vendor. Seperti yang telah disebutkan, banyak vendor membuat aplikasi mereka sendiri untuk berbagai kebutuhan produksi hulu, dan setiap vendor biasanya menggunakan jenis RTU yang berbeda. Akibatnya, vendor biasanya hanya dapat mendukung beberapa aplikasi tertentu, tidak semuanya.

Dukungan vendor PLC pada desain pad multi-sumur berkembang setiap hari. Ini termasuk dukungan untuk aplikasi kontrol peralatan, pengangkatan buatan, dan pengukuran aliran. Otomatisasi peralatan mudah ditangani melalui lingkungan pemrograman yang kaya dan beragam modul I/O dan komunikasi. Pengukuran aliran juga didukung dengan pengukuran aliran yang sesuai dengan AGA dan API, dukungan kalibrasi, dan pelaporan transfer tahanan ke sistem SCADA. Aplikasi pengangkatan buatan, meskipun tidak lazim di PLC, juga sedang dikembangkan dengan cepat untuk mendukung semua jenis pengangkatan buatan.

Terakhir, banyak produsen minyak dan gas telah menyatakan frustrasi dengan aplikasi RTU menjadi "kotak hitam." Ini berarti sistem dirancang dengan input spesifik yang dimaksudkan hanya untuk mengontrol output tertentu.

Pendekatan kotak hitam mencegah fleksibilitas karena tidak memungkinkan produsen minyak dan gas mengubah cara fungsi sistem. Akibatnya, mereka perlu mengganti vendor untuk mendukung kebutuhan mereka atau hanya hidup dengan teknologi yang mereka miliki, karena mengetahui bahwa itu tidak berfungsi seefisien yang mereka butuhkan.

Sistem berbasis PLC, di sisi lain, dapat dimodifikasi di lapangan dengan peralatan industri umum (IEC-61131), memberikan fleksibilitas yang jauh lebih besar.

Menyongsong Normal Baru

PLC telah lama dipandang sebagai solusi yang lebih cocok untuk fasilitas manufaktur daripada untuk kontrol well pad. Tapi well pad modern saat ini, pada dasarnya, adalah pabrik kecil. Mereka memiliki bangunan, utilitas atau pembangkit listrik yang dikendalikan lingkungan, dan persyaratan data dan kontrol yang jauh lebih besar.

Ini membuatnya sangat cocok untuk PLC. Sistem kontrol pad multisumur yang memanfaatkan kemampuan modular dan skalabel dari PLC dapat mengurangi biaya dan waktu pemasangan, meningkatkan waktu kerja produksi, dan memudahkan manajemen siklus hidup.

Zack Munk adalah manajer pengembangan bisnis hulu minyak &gas darat untuk Rockwell Automation.