Mengoptimalkan Sistem Kontrol Multi-Well Pad: Pendekatan Modular dan Skalabel

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

Kemajuan pengboring telah memicu evolusi operasi minyak dan gas dari lapangan pad sumur sederhana menjadi multi-well pad yang lebih kompleks.

Saat ini, banyak produsen menggunakan teknik fracking dan bor lateral untuk menempatkan 10 sumur atau lebih pada satu pad. Beberapa operator bahkan mendorong operasi mereka hingga 52 sumur pada satu pad.
Kemajuan ini tidak hanya meningkatkan pemulihan produksi dari sumur, tetapi juga menciptakan peluang produksi yang sepenuhnya baru di area tidak konvensional. Mereka juga telah memungkinkan produsen minyak dan gas untuk mengurangi jejak operasional mereka.

Meskipun demikian, bagi semua manfaat multi-well pad, peningkatan besarnya ukuran dan cakupan telah menciptakan tantangan baru. Kepadatan yang lebih tinggi dari banyak 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 dekade telah dipicu hingga batasnya dan mungkin tidak lagi berkelanjutan. Sebaliknya, sistem kontrol yang lebih canggih diperlukan untuk menangani arsitektur skalabel yang diperlukan oleh pad sumur modern.

Akibatnya, baik operator maupun pembangun peralatan yang mendukung mereka kini harus memodifikasi—bahkan mengubah secara radikal—pendekatan sistem kontrol mereka untuk multi-well pad ini.

Evolusi Teknologi RTU

Produtor minyak dan gas hulu telah mengandalkan teknologi remote terminal unit (RTU) untuk kontrol lokasi sumur selama dekade. Awalnya, biaya penerapan RTU dan tantangan dalam memrogramnya membatasi perangkat tersebut pada akuisisi data dan kontrol sederhana.

Seiring waktu, RTU menggabungkan lebih banyak fitur, termasuk I/O, komunikasi, dan pemrograman IEC-61131. Kemampuan ini memungkinkan operator minyak dan gas untuk memantau lebih banyak titik data, mencatat riwayat dan alarm, serta menambahkan perhitungan yang lebih kompleks ke dalam RTU. Pembangun peralatan dan perusahaan teknik juga mulai mengembangkan aplikasi khusus untuk kontrol buatan angkat sumur dengan pengontrol mikroprosesor miliknya.

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

Namun, terkini, persyaratan yang meningkat yang terkait dengan operasi multi-well pad telah mulai melebihi kemampuan teknologi RTU.

Perangkat yang Dipicu hingga Batasnya

Setiap sumur di multi-well pad membutuhkan buatan angkat, pengukuran aliran, kontrol peralatan, dan pengukuran level. Hal ini menciptakan lebih banyak permintaan I/O dan kontrol daripada yang dapat ditangani oleh satu RTU. Akibatnya, produsen minyak dan gas dipaksa untuk membeli RTU tambahan dan menyebarkan aplikasi serta kontrol lokasi di seluruh banyak unit.

Produtor minyak dan gas telah berhasil menerapkan banyak pengontrol RTU pada pad sumur, tetapi mereka menghadapi beberapa masalah umum dengan arsitektur ini. Beberapa masalah ini meliputi:

• Manajemen perubahan konfigurasi atau program yang banyak di setiap pad sumur.
• Manajemen komunikasi dari banyak RTU di lokasi (misalnya, komunikasi peer-to-peer).
• Komunikasi SCADA ke perangkat keras dari banyak vendor.
• Eksekusi program kustom yang tidak andal di RTU.

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

Selain itu, menjadi lebih hemat untuk menginstal kompresi pipa, unit pemulihan uap (VRU) dan menara VRU karena laju gas alami yang tinggi yang dihasilkan dari pad. Unit transfer otomasi jaminan custodi (LACT), transfer air, dan mesin injeksi kimia juga sering ditemukan pada pad sumur ini.

Tambahan lagi, banyak produsen minyak dan gas berinvestasi dalam bangunan listrik yang dikenal sebagai E-houses. Bangunan ini menempatkan distribusi daya utilitas utama, pusat kontrol motor (MCC), switch jaringan, dan suplai listrik tidak terputus (UPS), dan sering kali dikontrol lingkungan.

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

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

Selain itu, memiliki beberapa perangkat dari banyak vendor juga memerlukan pekerja untuk memiliki lebih banyak pelatihan dan pengalaman untuk mendukung mereka. Sementara beberapa produsen sepenuhnya staf dengan cukup personel terlatih untuk menangani pemeliharaan sistem kontrol sumur, banyak bukan. Produsen ini harus bergantung pada dukungan produsen atau dukungan rekayasa kontrak untuk memelihara sistem kontrol mereka.

Berpindah ke Sistem Kontrol Modular dan Skalabel

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

Banyak produsen minyak dan gas yang telah mengalami masalah RTU umum telah menemukan solusi alternatif yang viable dalam bentuk pengontrol logika terprogram (PLC) modular dan skalabel. Teknologi PLC telah disesuaikan selama tahun di lingkungan kontrol proses industri yang setara dengan produksi minyak dan gas hulu yang ketat.

PLC menawarkan sejumlah manfaat dibandingkan RTU:

• Modularitas: Beberapa RTU memang mendukung perangkat keras modular. Namun, menyeimbangkan persyaratan modul dengan persyaratan aplikasi dan kontrol di RTU jauh lebih sulit daripada di PLC. Tambahan lagi, modul pihak ketiga untuk RTU biasanya tidak tersedia karena RTU bukan arsitektur terbuka, sedangkan PLC adalah.
  
  Berbagai macam modul tersedia untuk PLC yang memungkinkan pemantauan dan kontrol berbagai instrumen lapangan. Dukungan komunikasi untuk banyak jenis jaringan juga didukung melalui konfigurasi modular.
  
  
• Skalabilitas: Ini penting ketika mempertimbangkan bagaimana multi-well pad disusun. Satu sumur sering dipasang di situs multi-well, dan baru hingga bulan atau bahkan tahun kemudian sumur dan peralatan tambahan akan online.
  
  Dalam hal ini, pembangun peralatan ingin dapat membangun skid peralatan di luar lokasi dan kemudian cukup memasukkan dan mengonfigurasikannya di pad sumur. Mereka ingin mengurangi kebutuhan untuk penggalian, penarikan kabel, pengakhiran kabel, pemasangan panel dan instrumen di lapangan untuk membantu menghemat biaya. Skalabilitas baik dalam pemrograman maupun perangkat keras diperlukan dalam hal ini, dan itulah yang ditawarkan oleh teknologi PLC.
  
  
• Kemudahan Pemrograman: Secara historis, PLC dianggap sebagai kanvas kosong untuk otomatisasi dan kontrol. Hanya perusahaan teknik atau programmer berpengalaman yang tahu cara memulai dari nol dan mengembangkan kontrol yang diperlukan di PLC.
  
  Namun, PLC modern memiliki perpustakaan kode yang telah dikembangkan dan didokumentasikan sebelumnya yang dapat ditambahkan dengan cepat dalam gaya hampir drag-and-drop. Beberapa vendor PLC juga memiliki perpustakaan minyak dan gas hulu yang telah dikembangkan sebelumnya yang dapat dikonfigurasikan di lokasi. Produtor minyak dan gas hanya perlu mengaktifkan dan mengonfigurasi data yang diperlukan dari HMI untuk memulai PLC, atau menambahkan perangkat keras skid ke sistem yang ada.
  
  Ini dapat menghilangkan kebutuhan untuk seseorang seperti teknisi sumur dengan keahlian khusus untuk mengetahui lingkungan pemrograman dan menulis kode baru saat menambahkan perangkat keras.
  
  Yang lebih lagi, perubahan program dan konfigurasi dapat dilakukan online di PLC tanpa mematikan proses. RTU tradisional tidak dapat menerima perubahan semacam itu tanpa diambil offline dan diunduh. Ini adalah pengait kritis dalam lingkungan multi-well pad modern karena mematikan sistem kontrol menghasilkan produksi yang hilang.
  
  
• Fungsionalitas I/O Jarak Jauh: RTU tradisional tidak memiliki fungsionalitas I/O jarak jauh asli, tetapi PLC memiliki. Ini dapat mengurangi biaya instalasi. Selain itu, saat skid peralatan ditambahkan ke situs, mereka dapat datang dengan I/O dan instrumen yang telah dipasang dan dipasang kabel. Startup skid ini semudah mencabut kabel Ethernet ke switch dan mengonfigurasi I/O di pengontrol.

Meningkatkan Manajemen Siklus Hidup

Manajemen siklus hidup pad sumur bisa menjadi kesulitan besar untuk tim operasi. Sumur dapat melewati banyak status aliran yang berbeda, termasuk aliran alami, pompa submersibel listrik (ESP) atau pompa rongga progresif (PCP), dan pompa tongkat minyak. Dan jenis aliran serta siklus hidup dapat bervariasi menurut sumur.

Banyak 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 di sistem seringkali merupakan proses yang memakan waktu.

Pad sumur berbasis PLC dapat memberikan kelegaan signifikan di area ini, memberikan manfaat efisiensi dan optimasi yang operator mungkin tidak pernah pikirkan sebelumnya.

Dengan menggunakan arsitektur perangkat keras I/O modular dan skalabel yang disediakan PLC, operator dapat memasang modul I/O tepat di tempat instrumen berada dan mengirim data tersebut ke PLC. Dan terlepas dari pendekatan desain I/O yang digunakan produsen minyak atau gas, perangkat keras di sistem kontrol akan tetap konstan, komunikasi ke sistem SCADA akan menggunakan driver yang sama, dan sistem akan tetap online dan mengontrol semua aplikasi saat pembaruan dilakukan. Selama itu, tetap hanya ada satu program PLC yang perlu dipelihara.

Ada juga masalah 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 untuk desain multi-well pad tumbuh setiap hari. Ini termasuk dukungan untuk aplikasi kontrol peralatan, buatan angkat, dan pengukuran aliran. Otomasi peralatan dengan mudah ditangani melalui lingkungan pemrograman yang kaya dan berbagai macam modul I/O dan komunikasi. Pengukuran aliran juga didukung dengan pengukuran aliran yang patuh AGA- dan API, dukungan kalibrasi, dan pelaporan transfer custodi ke sistem SCADA. Aplikasi buatan angkat, meskipun tidak seprevalen di PLC, juga sedang dikembangkan dengan cepat untuk mendukung semua jenis buatan angkat.

Terakhir, banyak produsen minyak dan gas telah mengungkapkan kekecewaan dengan aplikasi RTU yang “black box”. Ini berarti sistem dirancang dengan masukan spesifik yang dimaksudkan hanya untuk mengontrol keluaran spesifik.

Pendekatan black-box mencegah fleksibilitas karena tidak memungkinkan produsen minyak dan gas untuk mengubah cara sistem berfungsi. Akibatnya, mereka atau perlu mengganti vendor untuk mendukung kebutuhan mereka atau hanya menerima teknologi yang mereka miliki, dengan mengetahui bahwa teknologi tersebut tidak berfungsi seefisien yang mereka butuhkan.

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

Menerima Normal Baru

PLC lama dianggap sebagai solusi yang lebih cocok untuk fasilitas manufaktur daripada kontrol pad sumur. Namun, pad sumur modern saat ini pada dasarnya adalah pabrik kecil. Mereka memiliki bangunan yang dikontrol lingkungan, daya utilitas atau generator, dan kebutuhan data dan kontrol yang jauh lebih besar.

Hal ini menjadikan mereka cocok untuk PLC. Sistem kontrol multi-well pad yang memanfaatkan kemampuan modular dan skalabel PLC dapat mengurangi biaya dan waktu instalasi, meningkatkan waktu aktif produksi, dan memudahkan manajemen siklus hidup.

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