Öl- und Gasproduzent reduziert Emissionen mit MPC

Mineralölunternehmen auf der ganzen Welt suchen nach Möglichkeiten, den steigenden Bedarf ihrer Kunden zu decken und gleichzeitig aggressive Nachhaltigkeitsziele zu erreichen.

Im Jahr 2019 initiierte Rockwell Automation ein Projekt mit einem führenden lateinamerikanischen Erdölunternehmen, dessen Leitung davon überzeugt war, dass die Lösung dieses Rätsels in der Verbesserung des Wassermanagements lag.

Das Unternehmen presst Wasser mit hohem Druck in Speicherstätten ein, um die Gesamtausbeute an Öl zu erhöhen und eine konstante Ölförderrate aufrechtzuerhalten. Wie viel Öl in einer bestimmten Zeit gefördert wird, hängt direkt davon ab, wie viel Wasser in die Speicherstätten eingepresst werden kann. Und wir sprechen hier von SEHR VIEL Wasser. Für jeweils 100 vom Unternehmen geförderte Barrel, sind 98 Barrel Wasser und 2 Barrel Öl.

Zwar wies der betreffende Bereich einen hohen Automatisierungsgrad auf, doch es gab noch immer Möglichkeiten zur Verbesserung der Prozesssteuerung, da keine Regelkreise vorhanden waren. Ein weiteres großes Problem war die Instabilität der Wasserförderung und des Einpressverfahrens. Bei Betriebsstörungen wurden die Einpress- bzw. Förderpumpen ganz abgeschaltet, was zu erheblichen Ölförderverlusten führte.

Das Unternehmen wandte sich an Rockwell Automation, weil eine Lösung gesucht wurde, mit der das Einpressen von Wasser verstärkt, die Variabilität des eingepressten Wasserstroms und der Energieverbrauch reduziert und ein stabiles System aufgebaut werden könnte. Ein leitender Angestellter des Unternehmens erklärte: „Wir wussten, dass es für uns ein Gewinn sein würde, die Technologie von Rockwell Automation zu nutzen, da wir unsere gesamte installierte Basis von diesem Unternehmen beziehen und schon lange zusammenarbeiten.“

„Wir wollten dieses Projekt so konzipieren, dass unser Kunde das gleiche Vertrauen in die von uns angebotene Lösung hat“, so David Gonzalez, Ingenieur bei Rockwell Automation. „Der Vertrag war an einen Leistungsindikator geknüpft: Erhöhung der Wassereinpressung um 1 %. Wir teilten das Risiko zwischen dem Unternehmen und uns auf.“ Daher schlossen sich Rockwell Automation und das Unternehmen zusammen, um ein zweifaches Ziel zu erreichen: Steigerung der Wassereinpressung um 1 % und Senkung des Energieverbrauchs pro eingepresstem Barrel (kWh/Barrel).

Lösung

Nach einer gründlichen Analyse beschlossen wir, die PlantPAx® MPC-Technologie bei 35 Wassereinpresspumpen und drei Reservoirfördereinheiten und Bohrplatten zu implementieren. Die Technologie der modellprädiktiven Steuerung (Model Predictive Control, MPC) verringert die Prozessvariabilität und erhöht die Effizienz, indem sie die unter zukünftigen Betriebsbedingungen erforderliche Prozesssteuerung simuliert und Steuerungsmaßnahmen ergreift, um diese Bedingungen zu realisieren. MPC führt zu einer Verringerung der Prozessvariabilität, sodass der Betrieb bis an die Grenzen der operativen Einschränkungen geführt werden kann, ohne deren Maximalwerte zu überschreiten.

Rockwell Automation kann MPC-Technologie sowohl als Hardware als auch als Software bereitstellen. Für dieses Unternehmen, dessen installierte Basis auch Logix-Hardware umfasst, haben wir uns für die eingebettete Ausführung der MPC-Technologie entschieden. Mithilfe der serverbasierten Softwarelösung der modellprädiktiven Steuerung kann die MPC-Technologie jedoch auch zusätzlich zu einem beliebigen bestehenden System installiert werden.

„Modellprädiktive Steuerung ist eine der weltweit am häufigsten verwendeten und fortschrittlichsten Steuerungstechnologien. In den meisten Fällen erfordert diese Art von MPC-Modul die Implementierung eines Servers und einer umfangreichen Infrastruktur. In diesem Fall ist die Plattform eine kleine Steuerung, die überall installiert und mühelos implementiert werden kann“, betont ein leitender Angestellter des Unternehmens. „Der größte Teil unseres Steuerungssystems stammte bereits von Rockwell Automation, sodass die Integration so einfach und schnell wie möglich war – und das sogar während einer Pandemie“, ergänzt er.

Das stimmt. Das gesamte Projekt wurde dezentral durchgeführt, um die Sicherheit der Mitarbeiter während der Pandemie zu gewährleisten. Lösungskonfiguration, Tests und Inbetriebnahme wurden virtuell durchgeführt – und zwar so, dass die Einhaltung bewährter Verfahren zur Cybersicherheit gewährleistet war.

Vorteile

Die Steigerung der Wassereinpressung übertraf alle Erwartungen und erreichte 2,4 %, was einer Erhöhung der Einpressung von fast 36 000 Barrel Wasser pro Tag entspricht. Diese Erhöhung der Wassereinpressung bedeutete, dass zusätzlich 548 BOPD (Barrels of Oil Per Day) aus der Anlage gefördert werden konnten.

Darüber hinaus erzielte das Unternehmen mehr Stabilität sowie eine bessere Betriebskontinuität und konnte Verluste aufgrund niedriger Wasserstände und niedrigem Saugdruck in den Bohrplatten vermeiden. Außerdem konnten der Energieverbrauch und die CO2-Emissionen gesenkt werden.

„Rockwell Automation kennt unsere Feldinfrastruktur sehr genau und daher ist es wesentlich einfacher, ein Projekt wie dieses zu konzipieren, insbesondere mit dem innovativen Charakter, den diese MPC-Lösung im Bereich der Erdölförderung aufweist. Mit einem anderen Unternehmen hätten wir ganz klar mehr Zeit und Geld benötigt“, sagt ein Ingenieur des Unternehmens.

Dieses erste Projekt wurde im April 2021 abgeschlossen. Angesichts der erzielten Ergebnisse plant das Unternehmen nun, den Einsatz der fortschrittlichen Prozesskontrolle auf weitere Bereiche des Unternehmens auszuweiten.