シェール生産者、価格下落の中でインダストリー4.0革新を採用し効率向上へ

エネルギー生産者がインダストリー4.0から自動化、センサー、ビッグデータ、遠隔監視の新アイデアを得て、テックスタートアップに機会を創出

2010年代半ばに石油価格が暴落した後、シェールオイル・ガス生産者は、ダウンスイングへの対応として、エネルギー分野のオフショア井戸作業、製造業、さらには医療業界から技術と手法を借用し、効率向上を図った。

エネルギー生産者はインダストリー4.0から、自動化、センサー活用、ビッグデータ、遠隔監視の新アイデアを求めた。その過程で、無人航空機検査会社などテクノロジースタートアップの機会を創出した。医療からは、コノコフィリップスなど大手エネルギー生産者が、DNAシーケンシングとMRIスキャンで使われる数学を借用し、コアサンプリングと盲目掘削への依存を減らし、岩石からより多くの石油・ガスを絞り出そうとした。

「企業との議論に基づけば、石油価格暴落前は、あらゆる可能な方法で効率を最大化することへの関心はそれほど高くなかった」と、Rystad Energy（ノルウェー、オスロ）のシェール研究担当バイスプレジデント、アルテム・アブラモフ氏。同社はグローバルエネルギー業界向けにデータ、ツール、分析、コンサルティングを提供する独立系エネルギー調査・ビジネスインテリジェンス企業だ。「暴落が過去2年間でテクノロジースタートアップを生み出し、さらに増えると予想される。」

2018年初頭時点で、米国には約75万本の生産中シェールおよび従来型油ガス井があった。うち20.7万本が水平水圧破砕井、11.5万本が従来型水平井だったと、Rystad Energyデータは示す。2018年に新たに生産開始見込みの2.3万本中、1.5万本が水平掘削で、1本あたり推定コスト645万ドル（盆地により大きなコスト差あり）。

効率向上なら通常雇用減を招くが、他の力がシェールオイル・ガス労働者（トラックドライバーから石油エンジニアまで）の需要にパラドキシカルな効果をもたらしている。「一方面、自動化は雇用に負の影響を与える」とアブラモフ氏。「だがシェール業界が生産拡大中のため、熟練・非熟練問わず労働者需要は高い。」結果、テキサス西部のような大型堆積・掘削活動地帯（ペルミアン盆地）では失業率が過去最低を記録している。

非熟練労働者だけでなく非熟練も不足している。2015年の石油価格暴落で石油工学大学プログラムの入学者が減り、エンジニアが見つかりにくくなっているとアブラモフ氏。

シェル、「シェールフィールド・オブ・ザ・フューチャー」を発明

生産拡大の最中、ロイヤル・ダッチ・シェル（オランダ、ハーグ）は、シェール堆積層にある110億バレルの発見済み・見込み埋蔵量を汲み上げるには、やり方を変えなければならないと気づいた。経営陣は、安定した資本投資を維持しながら、収益増かコスト削減のいずれかを組織に課した。結果、同社は製造業とインダストリー4.0から多くを借用した。

「iShaleプログラムを策定する際、通常の探鉱・生産業界のアライアンスの外側に目を向け、製造業で自動化、デジタル化などに取り組んできた革新的プレーヤーを意図的に探した」と、iShaleプロジェクトマネージャーのフレデリック・ワズデン氏。「それが我々にとって実質的なヘッドスタートになった。マニュファクチャリング4.0では、かなり前から取り組んできた業界が複数ある。新規開発の前に、商業的に入手可能な既存技術を活用することを目指した。このアプローチで、ハードウェア観点からの技術リスクは比較的低いと感じている。」

「未来のシェールフィールド」を構築するため、シェルは自動化、遠隔監視、センサー活用、ロボティクス、データ収集・分析、クラウドコンピューティング、太陽エネルギーと蓄電池活用による運用コスト削減で支援できる企業と提携した。

数十種類のセンサーを導入し、高度分析センターへ情報を送る。重要機能には：メタン漏れ検知用カメラ、タンク液面確認と侵入者検知用赤外線、配管浸食検知用音響センサーなど。「これらのセンサーを採用し、プロバイダーがスケールアップできるよう後押ししてきた広範な製造業の取り組みの恩恵を我々は受けています」とワズデン氏。

iShale第1フェーズは、ペルミアン盆地資産で、働き方を変えることでコスト削減、生産改善、安全性向上を達成できることを実証することだ。その結果、運用で得られるデータを活用し、高度分析と組み合わせて、生産と保守プラクティスの最適化方法を導き出す。

井戸掘削と保守の遠隔サポートはプログラムの柱の一つだ。シェル要員がカナダ・アルバータ州カルガリーの監視センターから、アルゼンチンで掘削中の新井戸を監視・助言した。井戸稼働後は、遠隔監視情報を持った保守要員が適切な安全装備と部品を持って現場入りできる——もう一つの利点だ。目的は、不要な保守による過剰支出を避けつつ、重要部品・機械故障による運用停止も排除することだ。

同エネルギー大手は、自社深海作業で使われてきた技術を陸上井戸にも移管した。

「オフショアでは重量とスペースが絶対的なプレミアムだ」とワズデン氏。「業界はガス、オイル、水を非常に小さな容器で分離する方法を編み出した。同じ技術を陸上に持ち込むことで、従来型の分離プラントや中央処理施設を建設する代わりに、分離設備をトラック搭載スキッドに搭載できる。」

シェル非従来型事業担当エグゼクティブVP、グレッグ・ガイドリー氏は2017年10月、RigZoneサイトでiShaleの望ましい成果として：自動化・統合された井戸と完了、拡張可能・モジュラーな中央施設設計、インテリジェントなウェルパッドと無線通信による多相流と分離、デジタル化と自動化による例外管理または標準フィールド監視、「幅広いスキルベース」を持つ「未来の組織」で、デジタル接続されクロストレーニングされた人材——を挙げた。

空からの目はデータライブラリに依存

石油価格下落とその後の生産者によるコスト削減追求は、PrecisionHawk（ノースカロライナ州ローリー）のような企業にとって追い風になった。同社は無人航空機で、上位20社中10社の石油・ガス探鉱・生産大手の検査を行うリモートセンシング企業だ。

州・連邦のさまざまな規制当局が、月次〜年次のさまざまなスケジュールで、油ガス生産資産の多種多様な検査を要求している。生産者は新規ウェルサイトにセンシング技術を組み込めば監視可能だが、レガシーフィールドではその計測設備を後付けするコストが、ドローンで同種検査を行うコストより遥かに高い。

「問題は、何年も稼働しているウェルサイトが大量にあり、それぞれに1万ドルのセンサーを付けるのは割に合わないことだ」と、PrecisionHawkのエネルギー担当VP、パトリック・ローマン氏。「そこがドローンの真骨頂だ。」

ドローンがこの仕事に適している理由は明確だ。ウェルパッド間は最大でフットボール場2個分離れており、地元道路は通常間接ルートしかない。結果、技術者が1日で回れるのは最大10サイトだが、訓練されたドローン操縦者なら密度により1日100〜125パッドを巡回できる。

ドローンは効率的なだけでなく、異常検知の検査品質に損失がない可能性がある。「多くのケースで、ドローンは人間が検知できるものなら何でも検知できる」とローマン氏。

検知項目には：植生がウェルパッドに侵食していないか確認するカメラ、メタン漏れや過熱部品検知用サーモグラフィ、メタン濃度測定用レーザー、溜水検知用マルチスペクトルセンサーなど。

「地理空間タグ付き情報の深みをクライアントに提供するため、アプリケーションのスタッキングに注力している」とローマン氏。「構造化データの深みがあれば、PrecisionHawkはクライアントと共にAIアプリケーションを活用し、保守コストを下げられる。」

PrecisionHawkは、ドローン収集の地理空間データを用いて予防保全を推奨し、設備故障を予測するビジュアル学習ツールを開発中。より経済的にデータを集めるほど、ツールセットが改善される。

医療技術が掘削場所を処方

コノコフィリップスでは、地球物理学者が医療用磁気共鳴画像（MRI）で使われる技術を、地震探査データの組み立てと分析に応用し、「圧縮センシング地震イメージング」と呼ばれる独自プロセスを開発している。これは2017年11月のアナリスト・投資家会議トランスクリプトによると。ターゲットはペルミアン盆地。

圧縮センシング地震イメージングでは、「通常の地震探査のような秩序あるサンプリングパターンではなく、ランダムサンプリングを行い、医療分野から来た数学を用いる」と、コノコフィリップスの生産・掘削・プロジェクト担当エグゼクティブVP、アル・ハーシュバーグ氏が会議で語った。

断層撮像（断面画像）に適用される数学で、解像度が10倍向上する。同じ数学を地震点データに適用しても、同様の解像度向上が得られる。「もちろん、地震点を減らして、以前と同じ解像度を遥かに低コストで得ることもできる」とハーシュバーグ氏。

シェールオペレーターは、医療で不可欠になったDNAシーケンシングも活用している。だがエネルギー生産者のシーケンシング対象は、岩石の孔隙と亀裂ネットワークに生息する微生物だ。結果を用いて油のポテンシャルと移動を評価し、井戸接続性を監視し、完了のための経時的生産量を測定する。これはBiota Technology（ヒューストン）のウェブサイトによる。