IoT In Oil＆Gas：Analyzing Technology＆Use Cases

石油とガスの採掘と輸送のビジネスは課題に満ちています。競争力を維持するために、この業界の企業は、より低コストで原油と精製製品を生産するために継続的に努力する必要があります。彼らはまた、新しい石油とガスの埋蔵量を探しながら、既存の資産の価値を高め、拡大することも常に模索しています。また、環境基準はますます厳しくなり、運用の透明性と生産と流通の厳格な管理が求められています。

これらの課題を克服するために、世界中の石油およびガス会社はもう一度創造的に考えています。このような課題は、石油およびガス業界にとって必ずしも新しいものではないことに注意してください。過去数十年の間、効率を改善し、ダウンタイムを削減するという大きなインセンティブがあり、それが予測分析や機械学習などの実装につながりました。 （これらをモノのインターネットまたはIoTの一部として分類する人もいますが、私の「IoT」の定義はより狭いものであり、特に接続されたセンサーとコントローラー、およびその上流にあるすべてのもの、つまりデータを作成したりアクションを実行したりできるものを指します。コマンドに基づく。）

現在、分析データの取得が容易になっていますIoTのおかげです。接続技術は向上しており、センサーはより安価で、低電力技術が利用可能であり、バッテリーはより長持ちする可能性があります。これらすべての開発は、石油およびガス会社がより多くの場所でより多くのセンサーを使用して機械や環境条件を監視できることを意味します。特に、手頃な価格の接続が以前は選択できなかった「ラストマイル」で。

この記事では、最初に、石油およびガス会社が監視に使用する従来の方法がどのように変化しているかを探ります。次に、低電力、広域ネットワーク（LPWAN）が石油およびガス業界のM2Mアプリケーションに独自のハイブリッドソリューションを提供できるいくつかのユースケースを見ていきます。

スマートな石油とガスの監視方法

石油およびガス会社は通常、監視が必要な多数のリモート資産を持っています。従来、彼らは次の監視方法を利用していました。

• プログラマブルロジックコントローラー（PLC）システム。 これらは本質的に有線のIoT通信であり、産業分野で頻繁に使用されます。ワイヤーを使用してデータを収集する際の課題は、誰かがそれらのワイヤーを実行する必要があり、そのプロセスが非常に高価になる可能性があることです。さらに、これらの有線システムのアーキテクチャはより複雑です。そのため、PLCシステムを構築すると、それで行き詰まります。多くの場合、これらのシステムはシリアル通信規格（RS-232やRS-435など）を使用します。
• 衛星通信（イリジウムやインマルサットなど）。 ここでの欠点は、衛星接続が高価になる可能性があることです。ただし、石油およびガス業界は従来、リモートモニタリングに大きなインセンティブを持っていたため、コストは正当化されることがよくありました。
• 物理的監視。 個人を雇って物理的に歩き回り、レベルと測定値を手作業で監視することは、多くの石油およびガス会社が今でも行っていることです。この方法の利点は、比較的簡単で実装が簡単であり、この方法に沿ったトレーニングの歴史があります。一方、このタイプの監視に関連する時間と人件費は、特に遠隔地（多くの石油やガスの井戸が配置されている場所など）では高くなる可能性があります。

これらの各ソリューションには、考慮すべき利点と考慮事項があります。主な考慮事項は次のとおりです。

• 価格： 有線システムのセットアップのコストは通常​​、かなり高くなります。
• 複雑さ： たとえば、衛星監視では、情報を配信するために多数の通信リンクが必要になることがよくあります。
• 時間： 油田とガス田の物理的監視には、多大な労力と労力が必要です。

マシンツーマシン（M2M）市場が過去数年間で成長および拡大するにつれて、一部の石油およびガス会社は、以前は有線であったものを無線にして、接続をさらに統合できるようにしようとしています。ワイヤレスIoTソリューションにより、これらの企業はよりアドホックな方法で物事を行うことができます。たとえば、1つのウェルに100個のセンサーを追加し、必要に応じてさらに1,000個のセンサーを追加することができます。これは、PLCやその他の有線システムよりもワイヤレステクノロジの方がはるかに簡単です。注：井戸を監視するプロセスは非常に複雑で、多くの可動部品（および多くの価値）があるため、ワイヤレステクノロジーが利用可能であっても、それを使用することが必ずしも意味をなさない場合があります。これは、ケースバイケースでのみ判断できます。

IoTテクノロジーが石油およびガス産業をどのように形作っているか

IoTの完全な価値を実現することになると、石油およびガス業界はまだ進化しています。他の業界のように、まだ石油とガスに革命を起こしていません。ただし、IoTは 企業が重要な情報を収集するのがはるかに簡単になり、より多くの情報に基づいたビジネス上の意思決定につながりました。コネクテッドワイヤレステクノロジーは、石油およびガス産業を支援しています：

• 効率的なポンピングアクティビティを最適化します。
• パイプと井戸を維持します。
• 機器の故障とガス漏れを監視します。
• 製油所のパイプの厚さ、温度、侵食を監視します。

ワイヤレスIoTにより、企業はセンサーレベルのテクノロジーを使用してより多くのことを監視し、手作業で読み取る回数を減らし、より多くのデータと情報を収集して、ビジネスプロセスをより適切に最適化できます。ビッグデータの舞台裏で何が起こっているのかを話すことはできませんが、センサー駆動型IoTを使用すると、このデータを収集するプロセスが大幅に容易になるという事実を話すことができます。

たとえば、小規模な石油会社でさえ、収益性を高めるためにしっかりとした井戸の最適化を行うことが重要です。会社が新しい井戸を掘削している場合、岩が堆積しないように化学物質を井戸に注入する必要があります。これにより、会社が掘削しているときに岩を引き上げるための粘性が提供されます。井戸がオンラインで生産されたら、会社は圧力のバランスを取り、温度が正しいことを確認し、適切な量の油を抽出していることを確認する必要があります。井戸内の微視的条件（温度、圧力、速度、化学組成、粘度など）に関するデータポイントがさらにある場合、会社は必要なデータを収集し、生産後分析を実行し、電流を最適化し、将来の掘削プロセス、そしてうまくいけばその市場シェアと収益性を高めることができます。

これは、産業用制御システムとそのワイヤレスへの進歩を彷彿とさせます。石油やガスのように、産業用自動化は非常に長い間存在してきました。これらの企業は、独自の有線IoTテクノロジーを使用して、コストを削減し、制御されたネットワークの一部を接続し始めました。しかし、ワイヤレスセンサーの自動化が市場で普及し、アクセスしやすくなるにつれて、これらの企業はワイヤレスセンサーを使用して、より簡単に接続し、より多くのデータをキャプチャし、その情報を分析し、プロセスを改善できるようになりました。

石油およびガス会社がIoTを使用して実用的なデータを収集し、それによって運用を改善する方法のいくつかを見てみましょう。

モノのインターネット：5つの石油とガスのユースケース

現在石油およびガス業界に最大の価値を生み出しているIoTのユースケースは、非生産時間（NPT）の削減を中心としています。 NPTは、悪天候から機器の故障まで、あらゆる原因で発生する可能性があり、収益に大きな影響を与え、総掘削コストの約10〜20パーセントを占めます。 IoTは、企業がより優れた予知保全を実行し、障害をより正確に予測し、リークを迅速に検出できるようにすることで、企業がNPTと戦うのを支援しています。基本的に、問題が発生する前に問題を見つけることができます。

しかし、人口がまばらであるか孤立している地域にIoTの石油とガスのネットワークを構築することは、非常に困難な場合があります。多くの場合、メッシュネットワークのノード配置に必要な一貫性がなく、セルラーカバレッジが利用できないことが多く、衛星接続と有線接続は非常にコストがかかります。多くの場合、低電力ワイドエリア（LPWAN）ネットワークは、石油およびガスでのM2M通信の優れた代替手段を提供します。

オフショア石油およびガスリグの監視

ほとんどのオフショア石油およびガス生産は、利用可能な既存の通信ネットワークがほとんどないかなり極端な環境で行われるため、温度、圧力、流量、およびその他の特性の監視が難しく、費用がかかります。多くの場合、セルラーネットワークはオプションではありません。また、WiFiネットワークまたはメッシュネットワークを使用することもできますが、機能させるには、過剰な設計が必要になる可能性があります。これらの現実に対処するために、重要なデータは通常、衛星通信または有線ネットワークを使用して抽出されますが、どちらも高額な費用がかかります。

LPWANを使用すると、比較的安価に、より多くの監視ポイントを接続できます。たとえば、LPWANネットワークのxx平方マイルのエリア内にあるxxウェルにxxリークディテクタを接続できます。次に、これらの各検出器は、衛星に接続されている中心点に情報を送り返します。 （または、会社の要望やニーズに応じて、データをオンサイトで簡単に処理することもできます。）このようなハイブリッドソリューションを使用すると、従来の監視方法よりもはるかに多くのデータを収集できます。 LPWANは、塩分濃度の測定（水から燃料への漏れがないことを確認するため）や、現場の機器や人員の監視にも役立ちます。

製油所の監視

石油およびガス精製所では、モノのインターネットを使用して、パイプの厚さ、流量、パイプの圧力などを監視できます。これらの領域に人間がアクセスできる場合、通常、多くの測定値は手作業で記録されます。しかし、この量の情報を手作業で記録することは時間のかかる作業であり、会社にとってはかなりの費用がかかります。

製油所の一部の領域は正確にリアルタイムで測定する必要があることに注意してください。たとえば、他の場所で監視されている流量に基づいてバルブを制御する必要があります。その場合、流量を変更するには、バルブをほぼ瞬時に制御する必要があります。ほとんどの無線システムでは、データが100％の精度でリアルタイムに送信されることを保証することは困難です。LPWANシステムは通常、非常に高いスループット用に設計されていません。したがって、1秒ごとに読み取りを行う必要がある場合、製油所は有線システムに依存する可能性があります。

しかし、モノのインターネット（IoT）が行うこと より正確なデータを得るために、より多くのポイントをヒットすることができます。たとえば、製油所の多くの側面は、単に測定できないため、特定のレベルの不確実性で設計されています。たとえば、製油所の特定の部分は、より多くの読み取りポイントが利用可能な場合と同じ圧力で稼働できない場合があります。この問題を解決するために、IoTはフローに関するより深い洞察と追加のデータを提供し、製油所をより高い容量で稼働させることができます。 IoTネットワークは、手動で監視するために必要な人員や有線通信を必要とする機器の数を制限することで、製油所の費用も節約します。

パイプラインの監視

石油とガスのパイプラインに関する主な懸念事項の1つは、漏出と、それが引き起こす可能性のある経済的、環境的、および評判上の損害です。メタンガスが燃焼せずに放出された場合、100年以上にわたって二酸化炭素の約25倍の影響が気候変動に影響します。大気圧にさらされると、ガス漏れの爆発の危険性も高くなります。石油は爆発のリスクを抱えていませんが、パイプラインの漏れに関連する大きなリスクがあります。企業は資産を失う可能性があり、汚染は天文学的な罰金につながる可能性があります。

IoTの前は、衛星インターネットはパイプラインの重要なポイントを監視し、データを推定してシステム全体のパフォーマンスを測定していました。マシンツーマシン（M2M）の石油およびガスソリューションの統合により、より多くの重要なポイントをより少ない費用で監視できます。

IoTは、ポンプやフィルターなどのパイプラインコンポーネントの監視にも役立ちます。 「スマート」なシステムがなければ、企業は、たとえば3か月ごとに定期的な定期保守を実行するために誰かを派遣する必要があります。ただし、企業がIoTシステムから収集できる追加のデータを使用すると、システムのパフォーマンスが低下し始めるまで、メンテナンスとポンプおよびフィルターの交換を待つことができる場合があります（ただし、ある程度の予防的メンテナンスは引き続き慎重に実行されます）。

ウェルヘッドモニタリング

現在、Ambyint（以前のPumpWell）やWellAwareなど、坑口やポンプジャックの監視やその他のガスや石油の監視のニーズに対応するIoTソリューションを提供している企業がいくつかあります。 WellAwareによると、その生産管理ソリューションは、企業がリースの運用コストを削減し、計画外のダウンタイムを最小限に抑え、安全性と規制へのコンプライアンスを確保するのに役立ちます。データ会社は、たとえば、より多くの化学物質や蒸気を井戸に注入する必要があるかどうか、または条件を考慮してどのような真空圧が最適であるかなどを会社に伝えることができるプラットフォームにフィードを収集します。

石油とガスの抽出プロセスには多くのことが関わっており、IoTデバイスを使用すると、これらのデータの監視と収集が簡単になります。以下のビジュアルは、Emerson Process Managementによって作成されたもので、ウェルのパフォーマンスに対する一般的な脅威のいくつかを説明しています。

石油とガスの貨物輸送

石油とガスの貨物船の監視は、衛星インターネット以外の海の真ん中での接続が通常ないという点で、オフショアのユースケースに似ています。船の周りからデータを収集したい場合は、それ自体が非常に大きくなる可能性がありますが、選択肢は限られています。

LPWANを使用すると、担当者が定期的に行かない（またはアクセスがほぼ不可能な）船の部分をリモートで監視できます。これにより、安全性と利便性の両方の層が追加されます。推進プラントのリアルタイムのニーズのために石油およびガス貨物船の一部の要素を配線する必要がありますが、温度、圧力、流量などの一部の非稼働要素は、衛星を使用してバックホールする必要はありません。リアルタイムで接続されます。したがって、小規模なIoTネットワークは、有線センサーやゲージの優れた代替手段になる可能性があります。

サプライチェーン管理

石油およびガス業界の動的な性質により、在庫計画と最適化が困難になる可能性があります。 IoTは、調達の計画とスケジューリングに役立ちます。たとえば、製油所はセンサーを使用して、どのタイプの原油または原油ブレンドが入ってくるか、および/または各タイプがどこに保管されているかを検出できます。このデータを利用できるようにすることは、生産と運用の決定に役立ちます。また、在庫管理の目的で原油組成を測定するためにも使用できます。

絶え間ない進化

スマートオイルとガスは、これまでも、そしてこれからも、長く進化するプロセスです。モノのインターネットはこれらの分野を劇的に変えることはありませんでしたが、ワイヤレステクノロジーは、ガス会社や石油会社に独自の利点をもたらしました。実際、「モノ」をつなぐことがより安価になり、テクノロジーがこれまでになく洗練された今、彼らは最大の進歩を遂げるのに適した立場にあると思います。企業が限られた数のエンドポイントで情報を収集できる（したがって、さらにデータ分析を実行できる）場合は、より詳細な情報でどれだけのことができるか想像してみてください。

接続性は、石油およびガス業界のすべての人にとって問題ではありません。セルラーネットワークにアクセスでき、監視しているものが値札に値するほど価値が高い場合は、LPWANテクノロジーは必要ないかもしれません。ただし、さまざまな方法で運用効率の向上とコストの削減を検討している場合、この情報は市場の既存企業を引き受けるのに役立つ可能性があります。

石油とガスのアプリケーションで接続の問題に対処している場合は、私たちがどのように支援できるかを確認するために私たちに連絡してください。