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L'IA transforme les opérations des champs pétrolifères grâce à l'analyse prédictive

SciTechDaily

Les capteurs et analyses d'Amplified Industries fournissent aux opérateurs de puits de pétrole des alertes en temps réel lorsque les choses tournent mal, leur permettant ainsi de réagir aux problèmes avant qu'ils ne se transforment en catastrophes. Crédit : MIT News, iStock

Amplified Industries, fondée par Sébastien Mannai, aide les exploitants de champs pétroliers à éliminer les déversements et à stopper les fuites de méthane.

Il existe une liste incroyablement longue de problèmes pouvant survenir lors de l’exploitation complexe d’un champ pétrolier.

L’un des problèmes les plus courants concerne les déversements de saumure salée, un sous-produit toxique du pompage du pétrole. Un autre problème est le pompage excessif ou insuffisant, qui peut entraîner une panne de la machine et des fuites de méthane. (L'industrie pétrolière et gazière est le plus grand émetteur industriel de méthane aux États-Unis.) Ensuite, il y a des événements météorologiques extrêmes, allant des gelées hivernales à la chaleur torride, qui peuvent mettre les équipements hors service pendant des mois. L'un des problèmes les plus fous rencontrés par Sébastien Mannai SM '14, PhD '18 concerne les porcs qui ouvrent les réservoirs d'huile avec leur museau pour profiter de bains d'huile à la demande.

Innovations d’Amplified Industries

Mannai aide les propriétaires de champs pétrolifères à détecter et à résoudre ces problèmes tout en optimisant le fonctionnement de leurs machines pour éviter que ces problèmes ne surviennent en premier lieu. Il est le fondateur et PDG d'Amplified Industries, une société vendant des outils de surveillance et de contrôle des champs pétroliers qui contribuent à rendre l'industrie plus efficace et plus durable.

Les capteurs et analyses d'Amplified Industries fournissent aux opérateurs de puits de pétrole des alertes en temps réel lorsque les choses tournent mal, leur permettant ainsi de réagir aux problèmes avant qu'ils ne se transforment en catastrophes.

« Nous sommes en mesure de détecter 99 % des problèmes affectant ces machines, depuis les pannes mécaniques jusqu'aux erreurs humaines, en passant par les problèmes survenant à des milliers de mètres sous terre », explique Mannai. « Grâce à notre solution d'IA, les opérateurs peuvent mettre les puits en pilote automatique, et le système ajuste ou arrête automatiquement le puits dès qu'il y a un problème. »

Relever les défis réglementaires

Amplified travaille actuellement avec des sociétés privées dans des États allant du Texas au Wyoming, qui possèdent et exploitent jusqu'à 3 000 puits. Ces sociétés constituent la majorité des exploitants de puits de pétrole aux États-Unis et exploitent à la fois des équipements nouveaux et plus anciens, plus sujets aux pannes, qui sont utilisés sur le terrain depuis des décennies.

Ces opérateurs ont également plus de mal à répondre aux réglementations environnementales telles que les nouvelles directives sur le méthane de l'Environmental Protection Agency, qui visent à réduire considérablement les émissions de ce puissant gaz à effet de serre dans l'industrie au cours des prochaines années.

« Ces opérateurs ne veulent pas rejeter de méthane », explique Mannai. « De plus, lorsque du gaz pénètre dans l’équipement de pompage, cela entraîne des pannes prématurées. Nous pouvons détecter du gaz et ralentir la pompe pour l’empêcher. C'est le meilleur des deux mondes : les opérateurs en profitent car leurs machines fonctionnent mieux, ce qui leur permet d'économiser de l'argent tout en leur donnant une empreinte environnementale plus faible avec moins de déversements et de fuites de méthane. »

Tirer parti de « toutes les ressources du MIT possibles »

Mannai a découvert la technologie de pointe utilisée dans les industries spatiale et aéronautique alors qu'il poursuivait sa maîtrise au Gas Turbine Laboratory de MITDépartement d'Aéronautique et d'Astronautique de . Puis, pendant son doctorat au MIT, il a travaillé avec une société de services pétroliers et a découvert que l’industrie pétrolière et gazière s’appuyait encore sur des technologies et des équipements vieux de plusieurs décennies.

« Lorsque je me suis rendu sur le terrain pour la première fois, je n'arrivais pas à croire à quel point les opérations étaient démodées », explique Mannai, qui a déjà travaillé dans des usines de moteurs-fusées et de turbines. « De nombreux puits de pétrole doivent être ajustés au ressenti et aux règles empiriques. Les opérateurs ont été abandonnés par les sociétés d’automatisation industrielle et de données.

La surveillance des problèmes dans les puits de pétrole nécessite généralement que quelqu'un dans une camionnette parcoure des centaines de kilomètres entre les puits à la recherche de problèmes évidents, explique Mannai. Les capteurs déployés sont coûteux et difficiles à remplacer. Au fil du temps, ils sont également souvent endommagés sur le terrain au point de devenir inutilisables, obligeant les techniciens à faire des suppositions éclairées sur l'état de chaque puits.

« Nous voyons souvent des équipements débranchés ou mal programmés, car ils sont incroyablement compliqués et mal conçus pour la réalité du terrain », explique Mannai. « Les travailleurs sur le terrain doivent souvent l'arracher et contourner le système de contrôle pour pomper à la main. C’est ainsi que l’on se retrouve avec tant de déversements et de puits pompés à des niveaux sous-optimaux.

Pour construire un meilleur système de surveillance des champs pétrolifères, Mannai a reçu le soutien du MIT Sandbox Innovation Fund et du Venture Mentoring Service (VMS). Il a également participé à l'accélérateur d'été delta V au Martin Trust Center for MIT Entrepreneurship, au programme Fuse pendant l'IAP et au programme MIT I-Corps, et a suivi un certain nombre de cours à la MIT Sloan School of Management. En 2019, Amplified Industries – qui opérait jusqu'à récemment sous le nom d'Acoustic Wells – a remporté le concours d'entrepreneuriat de 100 000 $ du MIT.

«Mon approche consistait à m'inscrire à tous les programmes possibles liés à l'entrepreneuriat et à exploiter toutes les ressources possibles du MIT», explique Mannai. « Le MIT a été incroyable pour nous. »

Mannai a officiellement lancé l'entreprise après son postdoctorat au MIT, et Amplified a levé sa première ronde de financement début 2020. Cette année-là, la petite équipe d'Amplified a emménagé dans l'incubateur de startups Greentown Labs à Somerville.

Mannai affirme que la construction de capteurs à faible coût, alimentés par batterie, a constitué un défi de taille. Les capteurs exécutent des modèles d’inférence d’apprentissage automatique et leurs batteries durent 10 ans. Ils devaient également être capables de gérer des conditions extrêmes, du désert brûlant du Nouveau-Mexique aux marécages de Louisiane et aux hivers glacials du Dakota du Nord.

« Nous construisons du matériel très robuste et résilient ; c'est un must dans ces environnements », déclare Mannai. « Mais c'est aussi très simple à déployer, donc si un appareil tombe en panne, c'est comme changer une ampoule : nous leur en expédions une nouvelle et il leur faut quelques minutes pour l'échanger. »

Les clients équipent chaque puits de quatre ou cinq capteurs d'Amplified, qui se fixent aux câbles et aux tuyaux du puits pour mesurer des variables telles que la tension, la pression et l'ampérage. De grandes quantités de données sont ensuite envoyées vers le cloud d'Amplified et traitées par leur moteur d'analyse. Des méthodes de traitement du signal et des modèles d'IA sont utilisés pour diagnostiquer les problèmes et contrôler l'équipement en temps réel, tout en générant des notifications pour les opérateurs en cas de problème. Les opérateurs peuvent alors régler le puits à distance ou l'arrêter.

« C'est là que l'IA est importante, car si vous enregistrez tout et le mettez dans un tableau de bord géant, vous créez beaucoup plus de travail pour les gens », explique Mannai. « La partie essentielle est la capacité à traiter et à comprendre ces données nouvellement enregistrées et à les rendre facilement utilisables dans le monde réel. »

Le tableau de bord d'Amplified est personnalisé pour différentes personnes de l'entreprise, afin que les techniciens de terrain puissent répondre rapidement aux problèmes et que les gestionnaires ou les propriétaires puissent avoir une vue d'ensemble de la façon dont tout fonctionne.

Mannai dit que souvent, lorsque les capteurs d'Amplified sont installés, ils commencent immédiatement à détecter des problèmes inconnus des ingénieurs et des techniciens sur le terrain. À ce jour, Amplified a évité des déversements de centaines de milliers de gallons d’eau saumurée, particulièrement dommageables pour la végétation environnante en raison de leur teneur élevée en sel et en soufre.

La prévention de ces déversements ne représente qu’une partie de l’impact environnemental positif d’Amplified ; l'entreprise se tourne désormais vers la détection des fuites de méthane.

Aider une industrie en évolution

La nouvelle taxe sur les émissions de déchets proposée par l'EPA pour les sociétés pétrolières et gazières commencerait à 900 $ par tonne métrique d'émissions de méthane déclarées en 2024 et augmenterait jusqu'à 1 500 $ par tonne métrique en 2026 et au-delà.

Mannai affirme qu'Amplified est bien placé pour aider les entreprises à se conformer aux nouvelles règles. Son équipement a déjà montré qu’il pouvait détecter différents types de fuites sur le terrain, uniquement sur la base de l’analyse des données existantes.

« La détection des fuites de méthane nécessite généralement que quelqu'un contourne chaque vanne et chaque morceau de tuyauterie avec une caméra thermique ou un renifleur, mais ces opérateurs disposent souvent de milliers de vannes et de centaines de kilomètres de canalisations », explique Mannai. « Ce que nous constatons sur le terrain, c'est que bien souvent, les gens ne savent pas où se trouvent les canalisations, car les puits de pétrole changent très fréquemment de propriétaire, sinon ils rateront une fuite intermittente. »

En fin de compte, Mannai estime qu'un système de données solide et un équipement de détection modernisé deviendront l'épine dorsale de l'industrie et constituent une condition préalable nécessaire à la fois pour améliorer l'efficacité et assainir l'industrie.

« Nous vendons un service qui garantit que votre équipement fonctionne de manière optimale à tout moment », explique Mannai. « Cela signifie beaucoup moins d'amendes de la part de l'EPA, mais cela signifie également des équipements plus performants. Un changement de mentalité s'opère dans l'ensemble du secteur, et nous contribuons à rendre cette transition aussi facile et abordable que possible.

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