El paisaje duro y aislado del norte de Alaska está lejos de ser propicio para la transformación digital. Sin embargo, cuando alberga muchos de los activos de su empresa, como es el caso de ConocoPhillips, a veces la mejor estrategia de TI es acercar la tecnología al terreno.

"Además del clima extremadamente frío, trabajar en esta parte de Alaska presenta importantes desafíos para la cadena de suministro", explica Pragati Mathur, gerente digital y CIO de las actividades de exploración y producción de ConocoPhillips. Carlo sospechaba que la impresión 3D realmente podría cambiar la situación. »

Se trata de Carlo de Bernardi, ingeniero jefe responsable de impulsar la adopción de la impresión 3D dentro de la empresa que Pragati Mathur menciona aquí. Según el ingeniero jefe, para comprender el interés de esta tecnología en la región, primero hay que apreciar las condiciones extremas de operación que prevalecen allí.

En la parte de Alaska llamada North Slope, a unas 250 millas de Fairbanks, se encuentra Kuparuk. A un paso del océano Ártico, la región experimenta inviernos tan largos como duros. Las temperaturas suelen descender hasta los -40 grados y las noches polares sumergen la región en la oscuridad durante semanas.

Piezas críticas que tardan meses en llegar

El sitio inhóspito alberga uno de los tres principales programas de desarrollo de ConocoPhillips en el estado, y las turbinas de gas de la compañía son fundamentales para las operaciones allí. A través de un proceso de combustión, estas turbinas comprimen una gran porción del gas natural asociado a la extracción, que luego es reinyectado al yacimiento para la Recuperación Mejorada de Petróleo (EOR, por sus siglas en inglés), proceso para aumentar el potencial y la vida útil de los campos petroleros). A su vez, la EOR genera la electricidad que alimenta las instalaciones de producción, la infraestructura de apoyo y algunos equipos de perforación, como plataformas de extracción y bombas de lodo.

El proceso de combustión que permite a las turbinas comprimir gas natural y producir electricidad es posible gracias a un componente clave llamado tapa del quemador, que ayuda a mezclar el combustible con el aire comprimido. Con el uso, estas tapas se desgastan y, como muchos modelos de tapas originales ya no se fabrican, sólo se pueden sustituir por piezas específicamente mecanizadas, mediante procesos de fabricación tradicionales.

Pragati Mathur, directora digital y CIO de ConocoPhillips, una de las seis grandes petroleras del mundo (78.500 millones de dólares de facturación en 2022).

Un proceso largo y laborioso. Implica una fase inicial de diseño manual, seguida de transferencias a través de la cadena de suministro y miles de kilómetros de transporte, una secuencia de eventos que puede llevar 30 semanas o más. Para otras piezas críticas, como las válvulas de mariposa, este proceso lleva más tiempo, a veces hasta un año. Estos plazos de entrega exigen un importante inventario físico de piezas de repuesto, que van acompañados de costos de almacenamiento y exigen el pago de un impuesto de almacenamiento ad valorem.

“Tenía que haber una solución mejor”, comenta Carlo de Bernardi. Por lo tanto, este último formó con Pragati Mathur un equipo multifuncional para desarrollar una estrategia que se basaría en gran medida en asociaciones dentro de la empresa.

Retrasos divididos por diez... mejorando la fiabilidad

A través de rápidos ciclos de descubrimiento y experimentación, este equipo diseñó una solución que dependía en gran medida de la fabricación aditiva, más conocida como impresión 3D. Con esta tecnología, ConocoPhillips ahora puede simular numerosos diseños para diversas piezas y, por extensión, encontrar la mejor configuración antes de fabricar la pieza. Luego, uno de los socios de fabricación aditiva de la empresa convierte estas configuraciones en un archivo de impresión, que se "imprime" en objetos tridimensionales hechos de metales o plásticos.

Gracias a la fabricación aditiva, la empresa ahora puede sustituir las tapas de los quemadores en 2 o 3 semanas en lugar de 30. “Y las nuevas tapas [produits par impression 3D] funcionan igual de bien o incluso mejor, explica Carlo de Bernardi. Con los métodos de fabricación tradicionales, todo lo relacionado con la fundición y la forja lleva mucho tiempo. La fabricación aditiva elimina muchos pasos y kilómetros de la ecuación. »

Una válvula de mariposa convencional, a la izquierda, y un modelo impreso en 3D con un diseño modificado, a la izquierda. Estas válvulas se utilizan como dispositivos de control de flujo de inyección de agua en bocas de pozo. (Foto: RD)

En otro proyecto en Alaska, el equipo multifuncional redujo el tiempo de producción de válvulas de mariposa de 45 a 5 semanas, a veces menos. Las nuevas válvulas (utilizadas en pozos de inyección de agua) se crean diez veces más rápido y tienen una vida útil más larga que las fabricadas por medios tradicionales. Utilizando la misma tecnología, la filial canadiense de ConocoPhillips redujo el tiempo para crear válvulas de control de oscilación de 32 semanas a solo días.

Estos primeros éxitos son motivo de optimismo. Según Pragati Mathur, la naturaleza basada en datos de la solución aumentará en última instancia su atractivo. "Cada vez que diseñamos una pieza, tenemos la capacidad de medir el rendimiento de ese diseño digital", explica. Y si utilizamos estos datos para crear un circuito de retroalimentación en nuestro algoritmo de diseño, las posibilidades son muy interesantes. »

Eliminar gradualmente los stocks de piezas

En el futuro, la empresa cree que la combinación de IA e impresión 3D permitirá un círculo virtuoso de aumento de la eficiencia. Por ejemplo, a medida que se diseñan digitalmente más y más piezas, se necesitará menos espacio físico para almacenarlas. "Cada vez más queremos que las piezas estén disponibles bajo demanda imprimiéndolas lo más cerca posible de donde se necesitan", explica Carlo De Bernardi. Con el tiempo, reemplazaremos parte de nuestro inventario físico con inventario digital, lo que mejorará la eficiencia operativa, avanzará en los indicadores ESG y permitirá que sitios como Kuparuk se sientan más cerca de la empresa matriz. »

El ingeniero explica que al utilizar la fabricación aditiva para imprimir estas piezas, la empresa puede lograr eficiencias operativas que no son posibles con los procesos de fabricación tradicionales "sustractivos". "Ahora podemos imprimir válvulas de mariposa con geometría compleja que reducen la cantidad de combustible que consumimos para operar un activo". Dice que tales mejoras pueden reducir las emisiones de las operaciones y acercar a la empresa a su ambición de lograr emisiones netas cero para 2050.

“También podemos evitar problemas logísticos”, observa Mayra Martinez Nikken, directora de excelencia de la cadena de suministro de ConocoPhillips para Alaska. Dado que la impresión 3D se produce más cerca del punto de uso, la empresa puede reducir el transporte asociado con estas piezas.

Promover el surgimiento de una norma sectorial

Además, debido a que la compañía reconoce que un esfuerzo de toda la industria acelerará la adopción de la impresión 3D de manera más efectiva que iniciativas aisladas, Carlo de Bernardi, en nombre de ConocoPhillips, está liderando el esfuerzo de definir y promover el estándar 20S del Instituto Americano del Petróleo (API). , una norma técnica única en su tipo destinada a calificar y certificar procesos de fabricación aditiva en toda la industria del petróleo y el gas. La compañía también se ha asociado con varios otros operadores para crear una plataforma que albergue el inventario digital para toda la industria.

Mientras tanto, con cada pieza recién diseñada e impresa, la zona accidentada y aislada de North Slope se vuelve un poco más fácil de manejar para los equipos que viven allí. “Si puede empezar a solucionar las limitaciones físicas”, dice Pragati Mathur, “obtendrá beneficios que van mucho más allá de sus resultados finales. Comenzarás a cambiar el medio ambiente y la economía en general. Y comenzará a darse cuenta de que lo que consideraba distante está en realidad en el corazón de su negocio. »