Energia nei giacimenti petroliferi

L'affidabilità dell'alimentazione elettrica in loco sta diventando cruciale per lo sviluppo del bacino Permiano, tanto quanto le piattaforme di perforazione e i sistemi di raccolta. Con l'elettrificazione delle operazioni di perforazione, fratturazione idraulica e produzione, la generazione di energia elettrica "dietro il contatore" viene sempre più considerata un'infrastruttura permanente del giacimento, piuttosto che una soluzione temporanea. (Immagine: INNIO)

La sfida energetica del bacino Permiano non si limita più alla ricerca di elettricità temporanea per una piattaforma di perforazione o una flotta di impianti di fratturazione idraulica. L'elettrificazione si sta diffondendo in quasi tutte le fasi dello sviluppo a monte, trasformando l'energia affidabile in un elemento fondamentale delle infrastrutture di campo, al pari dei sistemi di raccolta, dei gasdotti e degli impianti di compressione.

Le piattaforme di perforazione elettriche, le flotte di fratturazione idraulica elettrica, il sollevamento artificiale, la gestione dell'acqua e la compressione a trazione elettrica stanno aumentando costantemente la domanda di elettricità in tutto il bacino. ADI Analytics stima che le operazioni di estrazione di petrolio e gas abbiano consumato circa 3-5 GW di elettricità nel 2022, con una domanda che dovrebbe raggiungere i 10-12 GW entro il 2032. La domanda regionale totale, inclusi i data center e altri utenti industriali, potrebbe infine superare i 20-25 GW.

Il risultato è un cambiamento fondamentale nell'approccio degli operatori alla produzione di energia. Anziché considerare la generazione in loco come una soluzione temporanea in attesa che la rete elettrica sia disponibile, molti stanno iniziando a integrare la generazione distribuita nelle strategie di sviluppo a lungo termine dei giacimenti.

"Inizialmente tutti la consideravano una soluzione temporanea, ma io la vedo sempre più come una parte permanente dell'infrastruttura energetica del Permiano", ha affermato Uday Turaga di ADI Analytics.

INNIO sta assistendo alla stessa transizione dal punto di vista dei fornitori di apparecchiature.

I pacchetti modulari motore-generatore consentono agli operatori di aumentare la capacità di generazione man mano che lo sviluppo del giacimento si espande, fornendo al contempo la ridondanza e la flessibilità necessarie per le operazioni in giacimenti petroliferi remoti. (Immagine: INNIO)

"Assistiamo a una crescente integrazione della generazione decentralizzata in loco nei piani di sviluppo a lungo termine dei giacimenti, anziché considerarla semplicemente una soluzione temporanea", ha affermato l'azienda in risposta alle domande di COMPRESSORtech2. "Gli operatori necessitano di un'alimentazione elettrica affidabile indipendentemente dalle tempistiche di espansione delle reti di distribuzione, e molti stanno progettando sistemi in grado di supportare le operazioni per anni, rimanendo al contempo scalabili in base alla crescita della domanda."

Oltre il potere temporaneo

Inizialmente, gran parte della domanda di generazione in loco è stata determinata dalle limitazioni della rete elettrica. Lo sviluppo dei giacimenti di petrolio e gas spesso procede più velocemente di quanto le aziende elettriche riescano ad espandere le reti di trasmissione e le sottostazioni, rendendo impraticabile per gli operatori attendere anni per un allacciamento elettrico permanente.

Oggi, tuttavia, il quadro economico si è ampliato. La generazione dedicata offre un maggiore controllo su affidabilità, approvvigionamento di combustibile, costi operativi e resilienza, soprattutto nelle aree remote dove i programmi di produzione non possono dipendere interamente dall'espansione delle reti elettriche.

Turaga ritiene che il modello a lungo termine combinerà spesso la fornitura di energia elettrica con la generazione di energia in loco. Anziché sostituire la rete, la produzione di energia in loco offre ridondanza, supporta i picchi di domanda elettrica e consente agli operatori di continuare a sviluppare aree in cui le infrastrutture di rete non sono ancora disponibili.

L'attività commerciale riflette questa transizione. Aziende come ProPetro, attraverso la sua divisione ProPWR, e partnership che coinvolgono Diamondback Energy, Halliburton e VoltaGrid stanno implementando grandi sistemi di generazione alimentati a gas naturale, in grado di supportare flotte di fratturazione idraulica elettrica e altre operazioni ad alta intensità energetica.

Adattare la produzione al carico

La crescita della generazione di energia elettrica "dietro il contatore" sta inoltre modificando il modo in cui gli operatori selezionano le apparecchiature elettriche.

Secondo ADI Analytics, i motori a gas alternativi sono particolarmente adatti alla generazione distribuita perché offrono modularità, elevata efficienza e rapida capacità di adattamento al carico. La capacità può essere aumentata gradualmente con l'espansione delle attività di perforazione e produzione, rendendo questi motori interessanti per le microreti dei giacimenti petroliferi e per le applicazioni di generazione distribuita.

Le turbine a gas diventano generalmente più competitive laddove la domanda di energia elettrica è maggiore, più centralizzata e relativamente costante, come ad esempio nei principali centri di raccolta, negli impianti di trattamento del gas e nei complessi produttivi.

Uday Turaga

"I motori a pistoni presentano generalmente vantaggi in termini di efficienza, modularità e capacità di adattamento al carico", ha affermato Turaga. "Le turbine a gas sono in genere più adatte ad applicazioni di grandi dimensioni, centralizzate e a funzionamento continuo."

Secondo INNIO, gli operatori stanno sempre più spesso impiegando gruppi elettrogeni multipli anziché affidarsi a un'unica grande unità. L'approccio modulare consente di aggiungere o rimuovere capacità di generazione in base alle variazioni della domanda, migliorando al contempo la ridondanza.

L'azienda ha inoltre sottolineato che i motori a gas di grande cilindrata offrono una risposta rapida ai transitori durante le mutevoli condizioni operative. I sistemi di accumulo di energia a batteria possono essere integrati per migliorare le prestazioni complessive del sistema, mentre i controlli avanzati e il monitoraggio digitale degli asset semplificano il funzionamento e offrono una maggiore visibilità sullo stato di salute delle apparecchiature distribuite sul campo.

Il gas di giacimento cambia l'economia

Uno dei maggiori vantaggi del bacino Permiano è la sua abbondante produzione di gas associato.

Anziché acquistare l'elettricità interamente dalla rete, gli operatori possono utilizzare il gas prodotto localmente per alimentare piattaforme di perforazione, flotte di fratturazione idraulica, sistemi di raccolta, stazioni di compressione e impianti di produzione.

Secondo INNIO, i moderni motori a pistoni sono diventati sempre più flessibili in termini di carburante. I motori Waukesha possono funzionare con gas di pozzo, gas di gasdotto, gas di recupero, gas di torcia, gas naturale compresso, gas naturale liquefatto e propano, spesso richiedendo un trattamento aggiuntivo del carburante minimo o nullo a seconda della qualità del gas.

Tale flessibilità migliora la redditività del progetto, soprattutto laddove i prezzi del gas sono bassi o la capacità di trasporto tramite gasdotto è limitata.

Tuttavia, Turaga ha osservato che la qualità del combustibile e la gestione della pressione rimangono considerazioni ingegneristiche importanti. La composizione del gas varia tra le diverse aree di produzione e nel corso della vita di un giacimento, il che richiede agli ingegneri di valutare i requisiti di disidratazione, rimozione dei contaminanti, regolazione della pressione e compressione in base alle condizioni specifiche di ogni singolo progetto.

La compressione diventa parte del sistema di alimentazione

L'aumento della generazione in loco non riduce l'importanza della compressione. Al contrario, ne amplia il ruolo.

Il gas combustibile deve comunque essere raccolto, condizionato e fornito a pressione stabile agli impianti di generazione. Con il calo della pressione del giacimento o con la maggiore distanza degli impianti di generazione dalla produzione, potrebbe essere necessaria una compressione aggiuntiva per garantire un'erogazione affidabile del combustibile.

La compressione si manifesta anche sul lato della domanda, poiché molti sistemi di raccolta stanno diventando a loro volta alimentati elettricamente.

"Credo che le implicazioni per la compressione siano significative e generalmente positive", ha affermato Turaga. "Una maggiore produzione in loco crea una maggiore domanda di infrastrutture per la raccolta, il trattamento e la compressione del gas combustibile."

INNIO ha inoltre sottolineato che l'affidabilità è fondamentale nelle condizioni operative del Permiano. Le alte temperature ambientali, la polvere, le posizioni remote e il funzionamento continuo aumentano l'importanza della ridondanza, del monitoraggio remoto e della manutenzione predittiva. I sistemi di monitoraggio digitale aiutano gli operatori a ottimizzare la pianificazione della manutenzione, massimizzando al contempo il tempo di attività delle apparecchiature su asset geograficamente distribuiti.

Le analogie tra la compressione dei contratti e il servizio "power-as-a-service" stanno incoraggiando alcune aziende di compressione ad espandersi nel settore della generazione distribuita.

Turaga ritiene che molti possiedano già le capacità operative necessarie per la transizione. I fornitori di servizi di compressione a contratto sanno come implementare rapidamente grandi apparecchiature azionate da motori, effettuare la manutenzione di macchinari rotanti nell'ambito di contratti di assistenza a lungo termine e supportare i clienti il cui obiettivo principale è la continuità operativa piuttosto che la proprietà delle apparecchiature.

"Le competenze chiave delle aziende di compressione a contratto risiedono nella loro capacità di spostare le apparecchiature dal punto A al punto B su richiesta e di essere in grado di installare e mettere in funzione gli impianti in tempi piuttosto rapidi", ha affermato Turaga.

La transizione richiede tuttavia competenze aggiuntive in materia di generatori, quadri elettrici, sistemi di protezione elettrica e controlli per microreti, creando opportunità di collaborazione tra aziende tradizionali di compressione e specialisti di sistemi energetici.

Le aziende del settore petrolifero e del gas non sono più le uniche a competere per turbine a gas, motori a pistoni, generatori e apparecchiature elettriche.

Gli sviluppatori di data center stanno aumentando rapidamente la domanda di impianti di generazione dedicati alimentati a gas naturale, spesso rivolgendosi agli stessi fornitori di apparecchiature che servono il settore energetico a monte.

Turaga ritiene che gli operatori di impianti hyperscale possiedano notevoli vantaggi finanziari che potrebbero limitare la disponibilità delle apparecchiature e allungare i tempi di consegna di motori, turbine, generatori e quadri elettrici. Si prevede che molti impianti futuri combineranno la fornitura di energia elettrica con la generazione di energia "dietro il contatore", aumentando ulteriormente la domanda di infrastrutture per il gas naturale.

La sfida diventa l'esecuzione dell'infrastruttura

Nonostante la forte domanda, Turaga ritiene che il principale limite del settore risieda nell'esecuzione, piuttosto che nei fondamentali del mercato.

I tempi di consegna per motori, turbine, generatori e apparecchiature elettriche rimangono lunghi. La manodopera specializzata è scarsa, mentre le procedure di autorizzazione e le infrastrutture per il gas combustibile possono ritardare i progetti.

Allo stesso tempo, i requisiti in materia di emissioni stanno assumendo un'importanza sempre maggiore nella fase di pianificazione dei progetti. INNIO ha affermato che gli operatori sono alla ricerca di soluzioni che soddisfino i requisiti di autorizzazione, mantenendo al contempo la flessibilità operativa. L'azienda ha sottolineato che l'utilizzo del gas naturale disponibile, unitamente alle tecnologie di controllo delle emissioni, può contribuire a raggiungere sia gli obiettivi operativi che quelli ambientali.

Il cambiamento più profondo, tuttavia, va ben oltre il singolo componente.

L'energia elettrica sta diventando un ulteriore elemento permanente dell'infrastruttura dei giacimenti petroliferi. Con l'elettrificazione delle operazioni di perforazione, fratturazione idraulica, sollevamento artificiale, gestione dell'acqua e compressione, il successo dei progetti dipenderà sempre più dall'integrazione di generazione di energia, trattamento del gas combustibile, compressione, sistemi di controllo e monitoraggio digitale in un unico sistema operativo.

Per l'industria della compressione, questa evoluzione rappresenta un'opportunità che va ben oltre la semplice fornitura di un altro pacchetto di compressori. I compressori stanno diventando un anello essenziale tra la produzione di gas naturale e la generazione di energia, contribuendo a trasformare il gas associato in elettricità affidabile a supporto della prossima generazione di sviluppo del bacino Permiano.