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Tecnologias Robóticas emergentes para operações de Petróleo e Gás

Robótica/sistemas não tripulados


A Saudi Aramco está acelerando a adoção e expansão de tecnologias robóticas disruptivas e multifuncionais para fornecer recursos de inspeção mais seguros, econômicos e eficientes, resposta a emergências, mapeamento aéreo, monitoramento de projetos, vigilância de segurança e monitoramento ambiental.

Tendo em vista a aspiração da Saudi Aramco de ser a principal empresa de energia digitalizada até 2022, a empresa está acelerando a adoção e expansão de tecnologias robóticas para enfrentar os desafios corporativos e introduzir novas oportunidades de melhoria. Essas tecnologias disruptivas e multifuncionais atendem ao setor de energia fornecendo recursos de inspeção mais seguros, econômicos e eficientes, resposta a emergências, mapeamento aéreo, monitoramento de projetos, vigilância de segurança, monitoramento ambiental e muitas outras aplicações industriais importantes.


Veículos aéreos não tripulados (UAVs), comumente conhecidos como drones, estão se tornando um facilitador crítico para inspeção, integrando sensores e câmeras de alta resolução para coletar dados visuais sobre a condição de ativos como plataformas, tanques, colunas e estruturas elevadas. Assim, reduza o custo minimizando a necessidade de erguer e desmontar andaimes, aumentar a segurança evitando a necessidade de inspetores trabalharem em altura ou entrar em espaços confinados perigosos. Além disso, os VANTs são equipados com diversos sensores, como câmeras, sensores térmicos radiométricos, imageamento óptico de gás, hiperespectral, LiDAR e outros. Essa personalização expande os recursos dos UAVs e amplia o portfólio de aplicativos para dar suporte ao mapeamento ambiental, de construção, dutos, segurança e aéreo.

Os robôs também são uma tecnologia revolucionária que aumenta o desempenho de infraestruturas de capital intensivo. Robôs autônomos inteligentes fornecem inspeção de rotina, dados de alta qualidade e suporte durante emergências. Neste artigo, as tecnologias robóticas emergentes para operações de petróleo e gás são abordadas com casos reais de uso em campo e benefícios percebidos para os negócios.



Introdução


A robótica passou por mudanças dramáticas nos últimos 5 anos através do desenvolvimento e avanço de sensores, motores e sistemas de navegação de baixo custo de alta qualidade que causaram um aumento exponencial no número de sistemas robóticos de voo, direção e natação. O setor de óleo e gás está adotando essas tecnologias para aprimorar as operações, reduzir custos, permitir agilidade e garantir a segurança e integridade dos funcionários e instalações industriais. Alguns desses sistemas robóticos residirão permanentemente em uma instalação, como uma refinaria ou usina de gás, enquanto outros serão agrupados como parte do kit de ferramentas de um técnico. Além disso, a inteligência artificial (IA), a análise de dados e a Internet das Coisas (IoT) estão se tornando parte integrante dos robôs de próxima geração que são totalmente autônomos e capazes de operações remotas.


De acordo com um relatório recente do Fórum Econômico Mundial (WEF), espera-se que a robótica e os drones sejam as tecnologias mais adotadas, com o maior crescimento no setor de petróleo e gás nos próximos 3 a 5 anos.


Áreas de foco da robótica


As tecnologias robóticas podem ser implantadas em uma ampla variedade de domínios de mercado, cada um com suas próprias necessidades e requisitos. Em geral, o domínio da robótica é classificado em três áreas de foco: aéreo, terrestre e submarino.


Classificação do domínio da robótica.
Fonte: 
https://jpt.spe.org/emerging-robotic-technologies-for-oil-and-gas-operation


O departamento de inspeção de serviços de engenharia da Saudi Aramco está liderando a trilha de robótica e UAV como parte do programa de transformação digital. Seu objetivo é acelerar o desenvolvimento e a implantação de tecnologias robóticas por meio de um programa estruturado que visa reduzir o custo operacional, melhorar a eficiência, aumentar a segurança e resolver os desafios técnicos corporativos.


Robôs aéreos


Os robôs aéreos pairam e manobram no ar usando várias formas de técnicas de propulsão, como asas ou hélices giratórias. Existem duas categorias principais de robôs aéreos: o minicóptero UAV para curto alcance e o UAV de asa fixa para aplicações de longo alcance.


Os VANTs minicópteros são difundidos no mercado e cada vez mais adotados no setor de óleo e gás, pois esse tipo de VANT apresenta oportunidades cada vez mais atrativas para aprimorar operações, reduzir custos, melhorar a segurança e possibilitar uma resposta ágil. Os UAVs de asa fixa visam operações generalizadas, como oleodutos e operações offshore para pesquisas, resposta a emergências, monitoramento de derramamento de óleo marítimo e outras aplicações.

Em 2019, o tamanho estimado do mercado de minicópteros UAV para drones profissionais nos EUA era de cerca de 392.000 drones, no valor de US$ 1,6 bilhão. Além disso, espera-se que as vendas e a receita atinjam 2.679.000 drones e 12,6 bilhões até 2025 (Fig. 3).


Há uma vasta gama de aplicações industriais para UAVs de minicópteros, abrangendo inspeção visual industrial, inspeção em espaço confinado, levantamento, mapeamento, medição de espessura, gerenciamento de construção de projetos, monitoramento ambiental, segurança e vigilância e fotografia aérea e videografia.


No método de inspeção convencional, andaimes seriam erguidos ao redor dos tanques de óleo para que os inspetores pudessem subir e verificar as condições do tanque. Além disso, para a inspeção da ponta do queimador, há acesso limitado à ponta do queimador, e a única maneira de realizar tal inspeção é durante os períodos de desligamento planejado ou desligamentos de emergência.

Ao usar a tecnologia UAV, o inspetor voa com o UAV ao redor do tanque e coleta imagens de alta resolução e dados térmicos sem a necessidade de andaimes. O inspetor verifica as condições do tanque quanto a qualquer deformação, rachaduras, corrosão ou deterioração do revestimento. Para uma ponta de flare, o UAV é usado para inspecionar a condição da ponta de flare em busca de anomalias e pontos quentes. O uso de UAVs resulta em potencial redução de custos e maior segurança, pois os inspetores não precisam trabalhar em altura. Além disso, permite que a inspeção seja realizada sem a necessidade de desligamento.


Em 2019, a Saudi Aramco expandiu sua frota de UAV introduzindo 18 novos UAVs. Esses UAVs suportam operações de campo cobrindo atividades de inspeção de flares onshore e offshore, tanques de armazenamento, estruturas elevadas, infraestrutura do sistema de energia, mapeamento aéreo e monitoramento ambiental. Sete desses UAVs foram dedicados a oferecer suporte a recursos de transmissão de vídeo ao vivo para o departamento de planejamento e programação de fornecimento de petróleo (OSPAS) e centros de controle de emergência durante situações de emergência.


Além disso, a tecnologia de detecção de metano baseada em UAV foi introduzida para detectar e quantificar a concentração de vazamentos de metano e outros hidrocarbonetos. Esse esforço reflete o compromisso da Saudi Aramco de reduzir as emissões de gases de efeito estufa (Fig. 4).


O UAV é integrado com dois sensores para detectar e medir o metano.


Imagem óptica de gás (OGI). Este sensor (câmera térmica radiométrica especializada) é usado para detectar, visualizar e identificar gases como metano, etano, propano, butano e benzeno.

Espectroscopia de absorção de laser de diodo ajustável (TDLAS). Uma vez que um gás é detectado pelo OGI, este sensor (diodo laser ajustável) emite um feixe de laser em um comprimento de onda específico em direção ao gás, que absorve o feixe de laser de acordo com suas características. Cada molécula tem uma característica/curva de absorção de luz única, e essa propriedade física é usada para identificar e quantificar a concentração de gás.



Uma solução de identificação por radiofrequência (RFID) baseada em UAV foi desenvolvida internamente para aprimorar o gerenciamento de inventário de tubos, integrando a carga útil de RFID para um inventário de material rápido e eficaz. A solução UAV resolveu a mobilidade limitada das práticas convencionais de inventário terrestre devido à acessibilidade limitada do corredor. Essa tecnologia foi capaz de identificar, contar e localizar com precisão 4.000 tubos em 4 minutos em um pátio de tubos usando coordenadas RFID e GPS.


Robôs terrestres


Robôs terrestres são robôs móveis ou fixos que operam manualmente ou de forma semi-autônoma para apoiar atividades operacionais de campo, incluindo tarefas de inspeção e manutenção, e realizam inspeção visual e térmica de primeiro nível, lêem medidores, cheiram vazamentos de gás, ouvem vibrações mecânicas e circundantes e dão suporte a emergências respostas. Este robô é composto por uma base (plataforma), sensores de carga útil e controlador de operação (Fig. 5).


Em 2019, a Saudi Aramco implantou o primeiro robô de combate a incêndio multifuncional à prova de explosão equipado com várias câmeras visuais e térmicas, sensores de rastreamento de calor, detector de gás e conexões de água de 12 bar para apoiar operações de combate a incêndio eficazes e seguras mais próximas do incêndio fonte. O robô tem a capacidade de enviar streaming de vídeo ao vivo para o centro de comando móvel e sala de emergência OSPAS através da rede segura da empresa.



Para operações de campo remotas e não tripuladas, a próxima geração de robôs terrestres e com pernas está em desenvolvimento para permitir plataformas robóticas confiáveis ​​e altamente ágeis e manobráveis, para suportar operações de campo remotas, inspeção, vigilância; e integrando braços robóticos montados no topo com liberdade de múltiplos eixos, ele pode realizar trabalhos como controlar válvulas e painéis locais. O departamento de inspeção está trabalhando em estreita colaboração com fornecedores de tecnologia para avançar no desenvolvimento e teste dessas plataformas (Fig. 6).


Robôs submarinos


Robôs submarinos operam no ambiente marinho e navegam na água usando propulsores. O número de propulsores define seu grau de liberdade e sua capacidade de se mover em várias direções e atingir diferentes orientações. Esses robôs têm uma ampla gama de aplicações submarinas, como inspeção, exploração, pesquisa da vida marinha e pesquisas.


Existem dois tipos de robôs submarinos: veículo operado remotamente (ROV) e veículo submarino autônomo (AUV). Os ROVs são robôs submarinos amarrados que entregam dados, imagens e vídeos ao operador. Eles são equipados com vários sensores e uma garra que pode realizar funções de inspeção e teste submarinos. Essa tecnologia minimiza a necessidade de barcos e mergulhadores inspecionarem e monitorarem ativos submarinos, como tubulações, fundações e cabos compostos submarinos e tomadas de água. Os AUVs são robôs totalmente autônomos que geram pesquisas submarinas de alta resolução.



A Saudi Aramco implantou com sucesso um mini-ROV de nível industrial como uma solução multiuso para inspeção e monitoramento de ativos submarinos, transmitindo streaming de vídeo em tempo real e capturando imagens de alta resolução de fundações, tubulações, cabos compostos e revestimentos de concreto.


Conclusão


As tecnologias robóticas estão acelerando rapidamente e se tornando mais inteligentes e versáteis. A Saud Aramco está maximizando a implantação dessas tecnologias de ponta e disruptivas para aprimorar as operações e obter benefícios. AI, análise de dados e IoT estão se tornando parte integrante dos robôs emergentes que são totalmente autônomos e capazes de operações remotas. Esse avanço da robótica tem o potencial de transformar a forma como as empresas de petróleo e gás operam. Além disso, a combinação dessas tecnologias e recursos facilitará muito o processo de tomada de decisão e as habilidades de previsão em tempo real, orientados por dados.


Referência: 

AL-WALAICE, A. Soliman. BAHWAL, Osama B. ALDUAYJ, Sarah S.Tecnologias robóticas emergentes para operações de petróleo e gás. JPT Journal of Petroleum Technology, 2021. Disponível em:<https://jpt.spe.org/emerging-robotic-technologies-for-oil-and-gas-operations#:~:text=There%20are%20two%20types%20of,subsea%20inspection%20and%20testing%20functions.>Acesso em: 16, maio 2022. 


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