工業不斷開發新的方 法來減少排放，不 僅通過發動機，而 且通過鉆井廢料， 液壓環形管線。 石油和天然氣行業已經充分 意識到適應低碳未來的必要性。
 
近年來，隨著對凈零排放的推動 日益緊迫，油氣行業已不再僅僅 討論可持續解決方案的必要性， 而是轉向提供有效的技術，減少 或消除鉆井作業中的有害排放。 中海油服鉆井歐洲首席執行 官弗蘭克·托勒夫森表示 :“我 們看到了一個巨大的轉變。“我 們行業的每個人都意識到，我們 需要盡可能地可持續經營，但監 管機構、投資者和公眾對我們的 關注和壓力越來越大。它一直在 增長，如果我們想成為能源組合 的一部分，那么我們需要提供可 持續的解決方案。” 許多現有的低碳技術都專注 于減少范圍 1（范圍 1 排放為直 接排放，即企業直接控制的燃料 燃燒活動和物理化學生產過程產 生的直接溫室氣體排放。）的排 放，或直接由組織擁有的排放。
 
發動機管理系統是這一領域的主 要發展重點，圖 1 為中海油服歐 洲鉆井公司最初在北海的兩艘半 潛船上安裝了能源控制系統。許 多鉆井承包商最近推出了旨在通 過減少鉆機主動發動機數量來提 高燃油效率的系統。此外，市場 上的新技術專注于最大限度地減 少鉆井作業中周邊排放器的影響， 如液壓環管或運輸和處理鉆井巖屑廢料。 無論采用何種系統，鉆井承 包商和制造商的首要任務是獲得 客戶的支持，以便大規模采用新 技術，這對于一個接受新技術通 常較慢的行業來說是很困難的。
 
實現采用的關鍵是展示他們在該 領域的能力，并向公司展示他們 可以提供的價值。 全球最大的海上鉆井承包商 瓦拉瑞斯高級副總裁兼首席運營 官吉爾斯·盧卡表示 :“我們必須 在運營上建立這些解決方案的可 靠性，這樣你才能獲得更多的支 持。“你需要采取一種保守的方法， 包括謹慎地將鉆井人員和作業人 員帶到旅程中，并向他們展示這些 解決方案的良好操作和工程基礎。 推動這一進程的最佳方式是緩慢 但堅定地前進，并利用這些技術 建立成功的操作記錄，這樣人們 就會有信心和意愿使用它們。”
 
能源控制系統
 
2020 年，經過 6 年的開發， 中海油服歐洲鉆井平臺啟動了能 源控制項目，旨在為在挪威北海作 業的中海油服鉆井平臺節省能源。 該項目主要致力于減少中海油服 鉆機發動機和發電機的燃料使用， 進而減少溫室氣體 (GHG) 排放。 能源控制項目的主要產品是 能源控制系統，這是一個自動化的 軟件程序，可以在給定的運行過程 中監測電力消耗。該系統會向用戶 提供所需電量、所需燃料以及隨后 的二氧化碳和氮氧化物排放等方面 的建議，從而減少電力消耗。
 
這些評估結果顯示在一個儀表板上，用 戶可以從任何地方訪問。 該系統與鉆井平臺的控制系 統相連，因此可以根據控制系統 的指示進行操作，而無需鉆井人 員的任何輸入，中海油服鉆井的 能源控制系統在儀表板上顯示燃 料消耗和排放數據。然而，它也 有手動控制不可預見情況的能力，比如天氣事件，用戶可能需 要關閉比預期更多的發電機。 中海油服歐洲鉆井公司 ICT 和 OT 經理托爾芬·卡爾斯托表示， 能源控制系統的監測和咨詢能力 提供了必要的見解，并幫助鉆機 實現效率最大化。“我們希望發 電機能產生最有效的千瓦小時。 這就是整個想法。這一切都是為了保持高性能，同時降低功耗。”

圖 2 為中海油服鉆井的能源控制系統在儀表板上顯示燃料消耗和排放數據。由于與鉆井平臺的控制系統連接，該軟件可以自動根據自己的建議采取行動，無需鉆井人員的任何輸入，但用戶也可以在任何不可預見的情況下超越系統。該系統目前已部署在中海油服在北海的所有三個簽約鉆井平臺上。
 
2020 年，中海油服在北海的 兩艘半潛船上安裝了能源控制系 統，一艘是為挪威國家石油公司 工作的中海油服 Promoter，另 一艘是為 Chrysaor 工作的中海油服 Innovator。每個鉆機由六 臺最大容量 4,800 千瓦的柴油發 電機提供動力。這些發電機以前 在鉆井作業期間連續運行，但安 裝前的分析表明，這些發電機很 少滿負荷使用。通過運行能源控 制軟件，中海油服鉆井發現，在 運行過程中，平均可以關閉 6 臺 柴油發動機中的 4 臺。 該公司已經發現這些鉆機的 燃料消耗顯著下降。在安裝之前， 這 些 鉆 機 在 Posmoor/ATA 模 式 ( 鉆機運行推進器輔助系泊控 制系統 ) 下平均每天消耗 27 噸 燃 料， 在 全 DP3 模 式 下 平 均 每 天消耗 29 噸燃料。安裝后，在 Posmoor/ATA 模式下，中海油 服鉆井的平均日產量為 14 噸，在 DP3 模式下為 20 噸。
 
根據作業情況，該公司報告的燃料消耗低 至 7.6 噸 / 天。自安裝以來，兩 臺鉆機的二氧化碳和氮氧化物排 放量也下降了約 50%。 托勒夫森表示 :“看到我們 在正常鉆井作業中消耗的能源， 我們幾乎驚呆了。”“甚至在我 們第一次開發這種技術時，我們 認為需要所有這些能源，但在正 常的鉆井作業中，實際需求可能 會降至一個發電機的能力之內。 平均來說，我們可以運行兩個或 三個，但有時我們只需要一個發 電機。這在業內幾乎是聞所未聞 的，因為你總是認為需要一些額 外的儲備。” 中海油服鉆井也于 2021 年 12 月在英國大陸架運營的中海油服 Pioneer 號上安裝了該系統。在安 裝后的三個月里，這艘半潛式潛艇 比前三個月節省了 904 噸燃料。這 相當于減少了約 2.85 噸二氧化碳。 該能源控制系統目前在中海 油服北海的三個簽約鉆井平臺上 運 行。
 
2022 年 3 月， 中 海 油 服 Pioneer 根據與伊薩卡能源公司 簽訂的新合同開始工作，預計該 合同將持續到 2024 年第二季度。 中海油服推廣方將為挪威國油工 作到 2024 年第一季度，而中海 油服創新方將于 2022 年 4 月開 始與中海油歐洲公司簽訂新合同。 托勒夫森表示，雖然能源控制系 統是為中海油服北海鉆井平臺開 發的，但該公司也在尋求擴大在 其他地區的部署。
 
引擎管理
 
瓦拉瑞斯希望將增強型動力 管理系統作為其技術組合中的低 碳產品，圖 3 為瓦拉瑞斯升級了 鉆井平臺的電氣系統，只需兩臺 發電機即可安全運行。
 
圖 3 為 去年 10 月，瓦拉瑞斯 DS-12 鉆井船成為第一個獲得 ABS 增強型電氣系統符號 EHS-E 的鉆井平臺。瓦拉瑞斯升級了鉆井平臺的電氣系統，只需兩臺發電機即可安全運行。
 
2021 年 10 月，瓦拉瑞斯 DS-12 鉆井船 成為世界上第一艘獲得 ABS 增強 型電氣系統符號EHS-E的船舶。 瓦拉瑞斯升級了鉆機的電氣系統 以確保符號的安全，該符號認可 了電力系統的冗余性和可靠性得 到了改善。增強的系統使鉆機能 夠在只有兩臺發電機在線的情況 下安全運行，從而減少排放。
 
瓦拉瑞斯 DS-12 在 2021 年 第四季度和 2022 年第一季度為安 哥拉的一家大型運營商工作，預 計在 2022 年剩余時間為毛里塔尼 亞和塞內加爾的海上運營商工作。在安哥拉項目中，與升級前的配 置相比，瓦拉瑞斯實現了 5% 的燃 料消耗和約 600 噸的二氧化碳排 放量的減少，升級前的配置需要 至少 3 臺發電機在線。
 
盧卡指出， 安哥拉海上溫和的環境條件使其 成為這項新技術的理想試驗場。 該公司希望未來在更多的浮 動設備上安裝增強的電源管理系 統，但進一步的部署也將取決于客 戶的需求。“讓鉆井平臺停運一段 時間并安裝這個系統是一項投資， 所以我們希望找到合適的合作伙 伴，他們愿意投資改善鉆井平臺， 從而使他們自己的操作更節能。” 發動機優化系統是瓦拉瑞斯 減少溫室氣體排放的一種解決方 案。
 
為了全面查看和跟蹤這些排 放，該公司利用了瓦拉瑞斯智能 平臺 (VIP)，這是一個監測程序， 可以匯總和顯示其車隊中每個被 監測鉆機的燃料消耗和溫室氣體 排放。該項目有助于根據鉆機和 發動機類型建立油耗和排放基準， 從而幫助公司量化其選擇的各種 解決方案對整個車隊的影響。 VIP 系統不僅可以監測關鍵 任務鉆機設備，還可以實時監測 油 耗、CO2、NOx 和 SOx 排 放 情況。了解鉆機現場的功率需求， 并與鉆機發電廠的可用功率進行 比較，使技術團隊能夠在任何給 定時間根據操作條件優化兩者之 間的差距。 目前，超過一半的瓦拉瑞斯 鉆機可以使用 VIP 系統，并將在 年底前部署到剩余的現役鉆機上。
 
 “VIP 主要是將系統數據流 到一個聚合器和分析解決方案中， 從而告訴我們鉆機的運行情況。 這使我們能夠更好地監控我們的 系統和發電廠。從那里，我們可 以實時可視化特定發動機的負載， 優化發動機負載，優化燃料，并 確定我們可以在哪里減少排放，” 盧卡表示。 除 了 VIP 系 統 和 增 強 型 電 源管理系統，瓦拉瑞斯還在 4 艘 鉆井船上安裝了選擇性催化還原 (SCR) 系 統 —— 瓦 拉 瑞 斯 DS- 15、DS-16、DS-17 和 DS- 18，以及一艘自升式平臺——瓦 拉瑞斯 123。SCR 是一種排放控 制技術，可以過濾掉發動機排氣 系統中的某些潛在有害元素。向 廢氣中加入一種添加劑，引發化 學反應，將氮氧化物轉化為氮、 水和少量的二氧化碳。
 
雖然目前 還沒有來自四艘鉆井船的 NOx排放數據，但瓦拉瑞斯報告稱， 自安裝 SCR 以來，瓦拉瑞斯 123 自升式平臺的 NOx 排放量減少 了 90%。 “SCR 系 統 正 在 為 我 們 做 這項工作。就去除氮氧化物副產 品而言，這是一個非常有效的系 統——你無法否認排氣系統減少 了 90%，”盧卡說。
 
基于人工智能的系統
 
2021 年 12 月， 納 伯 斯 推 出了納伯斯能源轉型解決方案 (NETS)，這是一個旨在提高能源 效率、降低燃料消耗和降低排放的 技術組合，圖 4 展示了納伯斯的軟 實力咨詢系統整合了來自多個數據 點的數據。該產品組合的核心是軟 實力咨詢和控制引擎管理軟件。該 咨詢系統可部署在納伯斯和第三方 鉆機上，將基于人工智能 (AI) 的 算法應用于實時鉆井數據，建議鉆 井人員在鉆井作業中運行給定任務 的最佳發動機數量。
 
軟實力控制系 統預計將于 2022 年第二季度推出， 根據這些建議自動啟動和停止單個 鉆機發動機。 納伯斯子公司 Canrig 鉆井 技術產品線總監詹姆斯·霍爾表 示，該軟件具有將眾多外部因素 納入其咨詢機制的獨特能力，圖 5 為 Canrig 動力流系統，它將 于 2022 年第二季度投入使用。 軟實力專注于通過電子鉆井記錄 儀 (EDR) 接 收 到 的 真 實 鉆 井 數 據，并使用專有的 AI，為當前和 預計的鉆井活動推薦發動機和發 電機的最佳運行數量。 除了實時鉆井數據外，該系統 中還有一個單獨的模塊，用于記錄 海拔、冷卻劑溫度、機油狀況和發 動機內部的過濾器狀況，從而進一 步優化決策。
 
該系統還包括發動機 的使用壽命和最大容量。 霍爾表示 :“我們的系統會 評 估 發 動 機 狀 況 和 其 他 因 素， 以確定哪些發動機的容量最 大。”“知道要運行哪些引擎和 知道要運行多少引擎一樣重要。” 該咨詢系統于 2022 年第一 季度在納伯斯鉆機上進行了現場 測試，結果顯示，在某些應用中， 與內部模型一致，柴油消耗量減 少了 20%，同時二氧化碳排放量 也相應減少。在沒有發電機人工 干預的情況下，這一減少與運行 所有可用發動機期間的平均燃料 消耗基準設定有關。
 
在 2022 年第二季度，納伯 斯計劃推出一款超級電容儲能系 統 Canrig 動力流。 動力流的功 能與其他能源存儲系統類似，它 使用超級電容為跳閘和其他操作 期間的負載峰值提供即時電力， 最大限度地提高絞車制動期間的 能量捕獲，并減少基本負載以上 的柴油發電需求。 超級電容與電池儲能的區別 在于，超級電容幾乎能瞬間存儲 已提供的電力，以及向系統供電的速度。動力流的充放電速率 ( 額 定 C 值 ) 在 25 ~ 50℃之間，這 意味著它可以在一分鐘多一點的 時間內提供 3500 安培的功率， 而 系 統 可 以 在 9.5 分 鐘 內 支 持 1000 安培的放電。電池儲能系統 的 C 值通常在 3~ 5℃之間，這意 味著它可以在最大容量下放電最 多 1500 安培，最長 12 分鐘。 更高的 C 等級意味著系統可 以以更快的速度提供更多的功率， 這對于高功率需求的任務是有價 值的。這也意味著系統可以更快 地進行充電，根據鉆井活動的不 同，充電時間在 1 到 6 秒之間。
 
由于動力流的快速充電特性，該 系統能夠充分利用“免費”再生 電源充電，而不是從發電機充電。 這一功能使用戶更容易保持峰值 剃須，避免電力需求的峰值，而 峰值會導致柴油使用量增加，進 而導致排放增加。 當軟實力和動力流結合使用 時，另一個可用的功能是將超級 電容電源推送到交流總線的能力。 可以監測交流母線頻率，當交流 母線上感覺到大的交流或直流負 載時，如果頻率下降，動力流可 以向交流母線注入交流電壓。這 可以確保發電機保持恒定的負載， 因此，在任何操作過程中不會發 生發動機突涌。 “想象一個系統，你可以快 速充滿電力和放電。這就是超級 電容器的價值所在，”霍爾表示。 “通過使用這些超級電容，你可 以監測和控制放電率。對于我們 的鉆井作業來說，能源儲存并不 是在其他能源被移除后為鉆機提 供動力;它能讓你更高效地發電。 你使用超級電容來補充發電，你 可以在恒定負載下運行你的引擎， 即使你有這些高需求峰值。”
 
消除鉆屑廢料運輸
 
國民油井華高最近推出的低 碳技術旨在減少或徹底消除鉆井 作業中的浪費活動，圖 6 展示了 國民油井華高的 iNOVaTHERM 是 一 種 便 攜 式 設 備。 該 公 司 關 注的一個領域是石油鉆井廢棄 物的處理。
 
去年，該公司推出了 iNOVaTHERM 便 攜 式 處 理 設 備，允許公司在鉆井平臺上處理 和處置鉆井廢棄物，而不是傳統 的將廢棄物運到岸上處理和處置， 從而消除了鉆井作業中一個顯著 的排放源。該系統的工作原理是將鉆屑 送入進料斗。然后這些巖屑被轉 移到一個熱交換模塊進行處理。 在熱交換器模塊內部，鉆屑與加 熱的內表面積保持恒定的接觸， 以確保取得一致的廢物分離效果。 凝析模塊回收較重的油相， 然后將其返回泥漿系統。
 
然后， 冷凝模塊內的蒸汽冷凝被輸送到 水處理模塊，水處理模塊回收較 輕的油相。然后將回收的水從鉆 機中排出。 iNOVaTHERM 系統消除了 傳統摩擦加熱廢物處理系統中的 驅動模塊，將電能直接送入高效 熱交換器。國民油井華高東半球 高級銷售總監戈登杜蒂表示，由 于鉆機不需要為變速箱、轉子和 錘頭提供動力，因此該功能減少 了占地面積，有助于節約鉆機的 電力和排放。
 
然而，最大的排放節約來自 于取消了通常用于將巖屑從鉆井 現場運輸到海岸供應船，以及將 巖屑從船只運輸到陸上處理設施 所需的卡車。 “無論是在陸地還是海上， 在源頭進行處理，真正消除了許 多在偏遠地區作業帶來的后勤挑 戰。任何常規的廢物處理都需要 使用一艘供應船到鉆井平臺，并 將巖屑容器收回。從減少碳足跡 的 角 度 來 看， 該 系 統 消 除 了 所 有這些活動的必要性，我們正在 消除陸上處理和垃圾填埋的必要 性，”杜蒂說。 來自國民油井華高項目場 景數據的數據表明，在鉆井現場 使用該系統可以減少排放。與傳 統的密封和廢物處理方法相比， iNOVa-THERM 取消了海上使 用的供應船和陸上使用的卡車， 將廢物運輸到處理設施，以及陸 上 處 理 和 處 置 作 業。 在 該 項 目 中，通過現場處理鉆井廢棄物， 可以減少大量的排放 ( 每次鉆井 作 業 減 少 280,264 公 斤 二 氧 化 碳 )?？偟膩碚f，傳統方法產生了 319,063 公斤的二氧化碳排放和 4,720 公斤的氮氧化物排放。
 
有 了 iNOVaTHERM 系 統， 這 一 數字下降到 186,436 公斤二氧化 碳和 3,107 公斤氮氧化物。 “這些數字表明，處理海上 鉆井廢棄物對于實現我們客戶承 諾的減排目標和目標大有幫助。 一旦我們開始取消供應船和其他 陸上加工物流，將大大節約環境 和成本。”杜蒂表示。 在國民油井華高位于阿伯丁 的熱處理工廠進行了 18 個月的開 發和測試后，該技術于 2021 年 1 月在英國北海地區投入商業應用。 此后，兩家大型油氣公司在北海 進行了四次鉆探活動。第四個運 動開始于 2022 年 4 月。
 
提高液壓泵效率
 
另一個不穩定的電力消耗是 液壓環管。該系統為鉆機上的幾 件液壓設備提供動力，包括鐵鉆 工、動力套管鉗、立柱鉆桿和貓 道機。環管系統中的流量和壓力 通常設置為能夠容納這些設備同 時運行的水平。 國民油井華高裝卸工具產品 線經理理查德·韋爾霍夫將環管 系統的液壓泵與發電機組進行了 比較。
 
圖 7 為 國民油井華高去年推出的 Eco Booster 系統包含一個蓄能器橇 ( 如圖所示 )，它可以將能量存儲并分配給驅動鉆 機環形管路系統的液壓泵，從而減少需求 高峰期的電力消耗。
 
為了應對峰值使用時潛在 的液壓需求，在很大程度上，運 行的泵比實際需要的更多。泵一 天 24 小時閑置運行，消耗大量的 電力和燃料，持續排放二氧化碳 和氮氧化物。然而，當液壓泵被 激活時，泵需要能夠處理突然增 加的流量要求。已經運行的液壓 設備也將受到這種壓降的影響。為了幫助作業者更有效地 使用液壓泵，從而減少電力消耗 和排放，國民油井華高去年推出 了 Eco Booster 系 統， 圖 7 為 國 民 油 井 華 高 去 年 推 出 的 Eco Booster 系統。Eco Booster 是 一種液壓儲能系統，通過在需求 低時存儲液壓動力，在需求高時 釋放液壓動力，優化液壓環線性 能。當需要額外流量時，該技術 將從蓄能器轉移液壓能量，從而 限制啟動時對額外液壓泵的需求。
 
 “該系統基本上消除了壓降。 Eco Booster ™ 提供了短峰值的 液壓動力，而不是增加泵的轉速 來提高系統中的壓力。而不是讓 你所有的泵一直運行，你可以減 少數量的馬達和泵運行。這就是 節 能 的 來 源。 這 就 是 減 排 的 來 源，”韋爾霍夫表示。 該技術由四個充氮蓄能器的 蓄能器滑塊、助推器滑塊和自動 控制系統組成。當環管流量消耗 低時，蓄能器由增壓機充電。 當充電時，蓄能器匹配的流量 要求和設備的要求，即使這些要求 和要求超過環管泵的能力。蓄能器 還可以在液壓設備負載較輕的時候 儲存電力——這一過程被稱為負載 平衡——從而使液壓泵的使用更加 優化。
 
生態助推器還可以抑制突然 功率需求引起的變化，為環管提供 即時流量和壓力。 國民油井華高根據歷史用電 量數據，估算了 Eco Booster 的 節能效果。一臺鉆機通常每天 24 小時運行 6 臺液壓泵，每臺泵每 天消耗 55 千瓦的電力。每臺泵 的 平 均 耗 油 量 為 0.2875 升 / 千 瓦，NOV 計算出，在鉆機上燃燒 的每升燃料排放 3.23 kg CO2 和 4.2gNOx。 安裝 Eco Booster 系統后， 鉆機在運行過程中 65% 的時間可 以由4臺發電機驅動。在一整年里， 這意味著每年可以節省 180072 升 燃料。就排放而言，每年節省的 燃料將導致每年節省 581 噸二氧 化碳和 756 公斤氮氧化物。
 
 一些國家已經對二氧化碳和 氮氧化物排放征稅，導致這些地 區鉆井平臺的運營成本更高。韋 爾霍夫先生指出，即使該系統在 沒有排放稅的地區使用，運營商 也可以在幾年內彌補安裝成本。 “如果你每年在燃料成本上節省 數萬美元，這個系統對客戶來說 就變成了一個相對較小的投資， 但有相當好的投資回報。下線的 泵越多，節能效果越好，液壓系 統越穩定，排放也就越好。” 自 2021 年投入商業運營以 來，該生態助推器系統已被安裝 在北海一家大型運營商的一臺 鉆機上。韋爾霍夫先生表示， 國民油井華高承諾在今年晚些 時候為不同的運營商安裝 4 臺 額外設備。