Power management strategies for drilling rig GHG emission reduction

This work originated within the context of an internship conducted at the eni research and development drilling division in collaboration with Politecnico di Milano. The thesis develops the energy balance of drilling rigs with with a focus on reducing greenhouse gas emissions through advanced power management strategies aimed at opti- mizing the power consumption of rig equipment. Using high-frequency operational data from a last-generation ultra-deep water drilling ship, the study evaluates the dynamic power of generators, thrusters, drilling equipment and auxiliary under different operating conditions. The methodological approach integrates energy, fuel consumption and statistical analysis of load variability and critical power peaks, with particular attention given to regenerative braking and hybridization upgrades. The analysis highlights inefficiency in power management, with rigs operating redundant generators online, but additional units remain active due to the open loop bus configura- tion and to handle power peaks. This redundancy leads to increased fuel consumption and emissions. The implementation of a closed loop power configuration allows fewer active generators, cutting fuel use and cost, but necessitate implementation of fault propagation protection systems and energy storage mechanisms to comply with rig regulations and avoid blackouts of the rig. These changes contribute to the reduction of GHG emissions, which is important for up- coming climate regulations, the European Emission Trading System (ETS) for offshore vessels in 2027 and mandatory adoption of biofuels, such as in Indonesia. This work shows that a data driven approach to power management can improve offshore drilling efficiency for more sustainable and cost-effective drilling operations.

Questo lavoro ha avuto origine nell’ambito di uno stage svolto presso la divisione di ricerca e sviluppo della famiglia professione di perforazione di eni in collaborazione con il Politecnico di Milano. La tesi sviluppa il bilancio energetico degli impianti di perforazione con l’obiettivo di ridurre le emissioni di gas serra attraverso strategie avanzate di gestione della potenza as- sorbita dai dispositive dell’impianto. Utilizzando dati operativi ad alta frequenza prove- nienti da una nave di perforazione di ultima generazione, lo studio valuta la potenza dinamica dei generatori, dei propulsori, delle attrezzature di perforazione e dei sistemi ausiliari in diverse condizioni operative. L’approccio metodologico integra l’analisi energetica, il consumo di carburante e l’analisi statistica della variabilità del carico e dei picchi di potenza critici, con particolare atten- zione alla frenata rigenerativa e alle soluzioni di ibridazione. L’analisi evidenzia inefficienze nella gestione della potenza, con impianti che operano con generatori ridondanti attivi, per via della configurazione a bus aperto e per la gestione dei picchi di potenza. Questa ridondanza comporta un aumento del consumo di carburante e delle emissioni. L’implementazione di una configurazione ad anello chiuso consente di ridurre il numero di generatori attivi, abbattendo i consumi e i costi, ma richiede l’introduzione di sistemi di protezione dalla propagazione dei guasti e meccanismi di ac- cumulo energetico per rispettare le normative e prevenire il blackout dell’impianto. Questi cambiamenti contribuiscono alla riduzione delle emissioni di gas serra, aspetto fondamentale in vista delle future normative climatiche, tra cui il sistema (ETS) previsto per le drilling ship dal 2027 e dell’obbligo di utilizzo di biocarburanti in alcuni paesi come l’Indonesia. Questo lavoro dimostra come un approccio basato sui bilanci energetici possa migliorare l’efficienza della perforazione offshore, rendendola più sostenibile e conveniente.