Drillbotics: donde los jóvenes ingenieros pueden explorar el futuro de la perforación

Drillbotics es, en pocas palabras, perforación robótica.

Organizada por la Sección Técnica de Automatización de Sistemas de Perforación (DSATS) de la SPE, la competencia anual Drillbotics involucra a equipos universitarios de todo el mundo que compiten para presentar un trabajo de la SPE en la Conferencia y Exposición Internacional de Perforación IADC/SPE.

La selección final del concurso de este año tiene a la Universidad de Stavanger como ganadora de la prueba virtual, introducida durante la pandemia de COVID-19, y a la Universidad Tecnológica de Clausthal como ganadora de la prueba híbrida presencial y virtual.

Concurso de Perforación 2023

A medida que el concurso de este año llega a su fin, echamos un vistazo a los competidores. El otoño pasado se inscribieron trece equipos procedentes de siete países de cuatro continentes. Teníamos seis equipos en el Grupo A (equipo virtual) y siete en el Grupo B (equipo físico). El esfuerzo resultó demasiado difícil para muchos equipos, y solo seis presentaron un informe de diseño de la Fase I. Dos de los seis no pudieron completar su equipo y se retiraron en la primavera.

Los finalistas que compitieron por la Fase II incluyeron:

Prueba virtual del grupo A

Prueba híbrida presencial y virtual del grupo B

UMaT mejoró significativamente su modelo de perforación direccional y su interfaz de usuario. Construyeron inteligentemente un modelo que trazaría automáticamente un rumbo y construiría o giraría formaciones más suaves para una mayor tasa general de penetración. UiS fue el primer equipo en adoptar la nueva opción de control de pozos para detectar y acercarse a una patada. Monitorearon el flujo de entrada y salida y los niveles del pozo, incluyeron técnicas de perforación con presión controlada y su modelo incluyó un algoritmo para reducir las alertas de falsos negativos.

El equipo de Alemania viajó a Bélgica para participar en Mons. Ambos equipos del Grupo B construyeron y operaron plataformas físicas para perforar un pozo direccional de forma autónoma. Como competidor por primera vez, UMons se centró en construir una plataforma capaz de realizar un pozo vertical y tuvo éxito la primera vez, lo cual, como todos sabemos, no es poca cosa. TUC mejoró su RSS en miniatura cambiando de un controlador hidráulico a uno mecánico. Su trabajo acortó el BHA con una herramienta de fondo de pozo rediseñada y una broca que permitió una construcción de hasta 8° en el pequeño 1-1/2 pulgadas. agujero. También crearon un campo magnético artificial que era lo suficientemente fuerte como para ser detectado por el sensor en miniatura del fondo del pozo.

Por primera vez en la historia de la competencia, ambos equipos ganadores serán coautores del documento de la SPE que se presentará en la Conferencia y Exposición Internacional de Perforación IADC/SPE del próximo año. El documento describirá los esfuerzos para diseñar y construir el producto de trabajo de cada equipo y analizará su impacto en la perforación automatizada.

Historia de la competencia

El verdadero premio del concurso es la camaradería del trabajo duro compartido para aprender cosas que no están en los libros de texto. Los equipos deben demostrar conocimiento de los equipos y técnicas de perforación y de cómo reconocer y mitigar las disfunciones de perforación.

La competencia se realiza en un pozo de 1,5 pulgadas de diámetro utilizando una mini plataforma reducida de aproximadamente 2 m de altura. Imagine la dificultad para simular un sistema giratorio direccional (RSS) o un motor de perforación más sensores de fondo de pozo en un conjunto de fondo de pozo (BHA) que puede dirigirse dentro de un pozo tan pequeño para alcanzar tres objetivos en una roca de 2×2×1 pie. Una cosa más: los competidores deben hacerlo con las manos libres.

Este proyecto de investigación prepara a los estudiantes para unirse a nuestra industria con habilidades que tienen mucha demanda. Los miembros del equipo trabajan en un entorno interdisciplinario para comunicarse y aprender de los demás. Además de las operaciones básicas de perforación, una experiencia en ingeniería petrolera ayuda a detectar disfunciones en la perforación y cómo deben mitigarse. Se necesita ingeniería mecánica y eléctrica para construir la plataforma física y modelar la respuesta de una plataforma virtual. La educación en controles de máquinas incluye la comprensión de los tiempos de respuesta, los sistemas de alarma y los elementos de factores humanos para las interfaces de usuario. Casi todos los equipos utilizan algún tipo de inteligencia artificial para entrenar y probar sus algoritmos de automatización. También aprenden a crear y seguir sistemas operativos y procedimientos seguros. Los futuros empleadores suelen otorgar altas calificaciones a nuestros estudiantes debido a esta combinación única de habilidades.

Este programa comenzó en 2014 pero fue interrumpido en 2020 debido a la pandemia de COVID-19. El equipo del desafío de la competencia se enteró de que las universidades no permitirían que los equipos se reunieran en clases o laboratorios. Durante el año siguiente, con las restricciones de COVID-19 aún implementadas en muchos lugares, la competencia pasó a ser un concurso que involucraba una plataforma virtual.

Los equipos todavía tenían que perforar un pozo direccional pero con una plataforma simulada y perforación virtual. Hubo rechazo por parte de los equipos que todavía querían construir y operar una plataforma física, por lo que la competencia de 2021 comenzó a premiar a los ganadores de ambos grupos. Para 2023, agregamos una opción de control de pozos para la competencia virtual.

La competencia cambia cada año y en septiembre se publican nuevas pautas. Los equipos pasan el otoño diseñando sus algoritmos de control y plataforma y presentan un informe de la Fase I antes del 31 de diciembre. Los jueces revisan su trabajo en enero y seleccionan a los finalistas para competir en una prueba de Fase II a fines de la primavera.

Luego, el comité se reúne para seleccionar a los ganadores. Los jueces brindan comentarios a cada equipo para ayudarlos en el próximo año. El informe de diseño de la Fase I se trata como información patentada hasta el final de la prueba final, cuando todos los informes se publican en línea para compartir la base de conocimientos. Las presentaciones de los estudiantes, las preguntas y respuestas de los jueces y las pruebas finales se graban y comparten en línea para facilitar la adopción de esta tecnología.

Planes futuros

El Comité de Drillbotics tiene varias esperanzas a largo plazo, incluido el uso de miniequipos para investigaciones adicionales más allá de la competencia. Un antiguo competidor noruego lo está haciendo ahora. Estos equipos son excelentes para estudiar las vibraciones de la columna de perforación y técnicas de análisis de datos. Quizás estas plataformas podrían adaptarse para utilizar los estándares de comunicación de la industria que ahora se están considerando para verificar y validar las aplicaciones de terceros que se están desarrollando para la automatización de la perforación en plataformas a gran escala. Es probable que los futuros estudiantes implementen esto y más.

Más allá del arduo trabajo de los estudiantes y profesores, queremos agradecer especialmente a todos los patrocinadores y voluntarios que trabajan en segundo plano y son esenciales para hacerlo todo posible. Nuestro equipo de desafío establece objetivos cada año y puede encontrar sus nombres y afiliaciones en las pautas. Nuestros patrocinadores han proporcionado más de $360,000 en financiamiento total hasta ahora, pero necesitamos donaciones ahora para el próximo año.

Este año recibimos el generoso apoyo de Baker Hughes, EnTech Energy Technologies Co. (Arabia Saudita), Equinor, ISCWSA (Sección Técnica de Posicionamiento de Pozos de SPE), NOV, Oxy, Patterson-UTI y ProDirectional Drilling Services.

Los patrocinadores anteriores se pueden ver aquí.

Cualquier persona interesada en ayudar el próximo año puede contactarnos en [email protected]. Los equipos necesitan ayuda para comprar materiales y el programa necesita fondos para viajes y consumibles de los estudiantes. Por favor, eche una mano, si eso solo significa que puede ayudar a organizar una visita a la plataforma para que los equipos de estudiantes obtengan más experiencia de campo o asesoren a una escuela local. Y, por supuesto, considere a estos estudiantes como empleados potenciales.

Busque un documental de Drillbotics que se estrenará este otoño. David Gibson de Gibson Reports y su personal siguieron a estudiantes, profesores, patrocinadores y voluntarios de Drillbotics alrededor del mundo para filmar en laboratorios, conferencias y oficinas para capturar la competencia y su impacto. Creemos que esta exploración visual del programa fomentará una mayor participación.

Felicitemos todos a los voluntarios, patrocinadores y equipos que participaron este año, especialmente a los finalistas y a los ganadores finales.