ابزارهای دستی
اسیلوسکوپ و جانبی
تجزیه و تحلیل تکنولوژی و موارد استفاده بیزنس استخراج وانتقال نفت وگاز با چالش های بزرگی روبرو است. برای اینکه شرکت های که در صنعت نفت و گاز فعالیت دارند وعضوی از این مجموعه گسترده و بزرگ هستند در صحنه ی رقابت باقی بمانند باید به طور مداوم تمام تلاش خود را برای تولید نفت خام ومحصولات پالایشگاهی با هزینه ی کم صرف بکنند و همچنین باید در عین حال که در جستجوی ذخایر نفتی وگازی جدید هستند باید همواره به دنبال بهبود و توسعه دادن ارزش دارایی های موجود خود باشند.واز طرف دیگر استانداردهای زیست محیطی به صورت فزاینده ای سخت گیر می گیرند که نیازمند شفافیت در عملیات وکنترل دقیق تر تولید وتوزیع می باشد.برای غلبه بر این چالش ها ،شرکت های نفتی وگازی در سرتاسر جهان لازم هست که به صورت خلاقانه ومبتکرانه ای فکر کرده و وارد عمل شوند.یاد اوری این نکته خالی از لطف نیست که که چالش هایی اینچنینی ،برای صنعایع نفت وگاز جدید نیستند وتازگی ندارند برای مثال می توان به چند دهه ی قبل اشاره کرد که اهداف وچالش های بهبود کارایی وکاهش نواقص وخرابی های دست مایه ونقطه ی شروعی شد تا که تکنولوژی های مانند تجزیه وتحلیل پیش بین و یادگیری ماشین به جزء جدایی ناپذیر صنایع نفتی وگازی در دهه های بعدی تبدیل شود(بعضی ها این ها را به عنوان بخشی از اینترنت اشیا IoT طبقه بندی می کنند اما اگر بخواهیم به صورت دقیق تر وریز بین تر به اینترنت اشیا IoT نگاه بکنبم میتوانیم بگوییم که اینترنت اشیا IoT به طور خاص به سنسور ها وکنترلر های متصل شده وهمه چیزهایی که بالادست تر-چیز هایی که داده هارا ایجاد می کنند و یا می توانند بر اساس یک کد دستور اقدام کنند – اشاره می کند.در حال حاضر به لطف اینترنت اشیا IoT داده ها خیلی ساده تر تجزیه وتحلیل می شوند ،فناوری و تکنولوژی اتصال خیلی در حال توسع وپیشرفت است،سنسورها ارزانتر می شوند،تکنولوژی های low power قابل دسترس تر می شوند وهمچنین باطری ها می توانند طول عمر بیشتری داشته باشند .همه ی این پیشرفت ها به این معنی است که شرکت های نفت وگاز می توانند از سنسورهای بیشتری در مکان های بیشتر برای نظارت بر دستگاههای مکانیکی و شرایط محیطی استفاده بکنند وگستره ی نظارت خود را بر سنسورها ودستگاه های وسیع وراحتر بکنند .در این نوشته ابتدا به مرور روش های سنتی شرکت های نفت وگاز برای نظارت ومانیتور می پردازیم و در ادامه موارد متععدی را در نظر می گیریم که در ان شبکه های low power ،شبکه های گسترده LPWAN می توانند یک راه حل ترکیبی منحصر به فردی را برای برنامه های کاربردی M2M در صنعت نفت وگاز ارائه دهند.
روش های هوشمند نظارت بر نفت وگاز
به طور سنتی و معمول شرکت های نفت وگاز برای نظارت ومانیتور کردن تجهیزات وداده های خود از روش های سنتی زیر استفاده می کنند ودر حال حاضر نیز قریب به اکثریت این شرکت ها از این روش ها استفاده می کنند .در این بخش به چند نمونه از این روش ها به صورت اجمالی می پردازیم :
1- سیستم ها کنترلر منطقی برنامه پذیر(PLC)
این سیستم ها اساسا ارتباطات IoT سیمی هستند و اغلب در زمینه های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند . چالش جمع اوری داده ها با استفاده از سیم ها به این صورت است که ابتدا با کسی یا گروهی سیم کشی های لازم را بین تجهیزات مورد نظر ومورد نیاز انجام دهد که این روند می تواند بسیار گران وپرهزینه تمام شود .به علاوه معماری وپیکر بندی این سیستم ها به شدت پیچیده می باشد .اغلب این سیستم ها از استاندارد های ارتباط سریال مانند RS232 وRS485 استفاده می کنند .
2- ارتباطات ماهواره ای
نکته ی حائز اهمیت در این روش این است که اتصال ماهواره ای می تواند هزینه های بسیار بالایی داشته باشد.با این حال ،از انجا که صنایع نفت وگاز به طور به طور سنتی ومعمول انگیزه ی بالایی برای مانیتور ونظارت از راه دور دارند اغلب این هزینه های اضافی وگزاف به نوعی توجیه می شوند .
3- نظارت ومانیتورینگ فیزیکی
استفاده از افراد فیزیکی برای جابجایی فیزیکی ونظارت بر سطوح واندازه گیری توسط دست چیزی است که هنوز هم بسیاری از شرکت ها وصنایع نفتی وگازی انجام می دهند.یکی از مزیت های این روش این است که پیاده سازی آن نسبتا ساده و آسان می باشد .از سوی دیگر هزینه های زمان ونیروی مرتبط با این نوع نظارت به خصوص در مناطق دور افتاده (مانند چاه های نفت وگاز) اغلب می تواند بسیار بالا باشد. هریک از روش های بالا مزایای دارد و وهنگام استفاده از انها باید ملاحضاتی را در نظر بگیریم :
الف- قیمت:
هزینه ی راه اندازی یک سیستم سیمی معمولا بسیار زیاد است
2- پیچیدگی
برای مثال نظارت ماهواره ای اغلب نیازمند ارتباطات متعددی برای ارائه ی اطلاعات است .
3- زمان
نظارت فیزیکی میدان های نفتی وگازی به تلاش ونیروی انسانی قابل توجهی نیاز دارد.با وجودی که بازار machine-to-machine یا به اختصار M2M طی چندین سال گذشته رشد کرده و گسترش یافته است، برخی از شرکت های نفت و گاز به دنبال استفاده از سیم کشی و بی سیم هستند تا بتوانند ارتباطات خود را تقویت کنند. راه حل های بی سیم اینترنت اشیا IoT این شرکت ها را قادر می سازد تا موارد را به صورت یک طرفه تر انجام دهند. به عنوان مثال، آنها قادر به اضافه کردن 100 حسگر در یک چاه هستند و سپس می توانندبه این تعداد،تعداد1000 سنسور دیگررا نیز اضافه می کنند.مطمئنا با این مثال می توان نتیجه گرفت که انجام این کار وجایگذاری تقریبا بیش از هزار سنسور تنها در یک چاه نفت وگاز با استفاده از تکنولوژی اینترنت اشیا بی سیم بسیار راحتتر وساده تر از PLC ها ودیگر سیستم های سیمی است .
نکته :
از انجا که فرایند نظارت ومانیتور چاه های نفتی وگازی ذاتا کاری بسیار پیچیده وبا قطعات متحرک بسیار زیاد می باشد ممکن است همیشه استفاده از فناوری اینترنت اشیا بی سیم حتی اگر در دسترس باشد استفاده نکنید .استفاده از این تکنولوژی تنها می تواند بر اساس case-by-case تعیین شود .
تکنولوژی اینترنت اشیا IoT چگونه به صنایع نفت وگاز شکل می دهد؟
زمانی که صنایع نفت و گاز برای تحقق بخشیدن وبدست اوردن ارزش کامل اینترنت اشیا IoT در پروژه های خود اقدام می کنند می توان به این نتیجه رسید که صنعت نفت وگاز هنوز هم در حال تحول و توسعه می باشد .با اینم حال اینترنت اشیا IoT ،جمع اوری اطلاعات وداده های حیاتی شرکت ها که می تواند منجر به تصمیمات تجاری آگاهانه بشود را بسیار راحتر وکاربردی تر کرده است .
فناوری اینترنت اشیا IoT بی سیم به صنایع نفتو گاز کمک می کند تا :
1- فعالیت های پمپاژ کارامد را بهینه سازی بکنند . 2-لوله ها وچاههارا به صورت اصولی و موثرتر نگهداری بکنند 3-نشتی های گاز وfailure های تجهیزات را مانیتور بکنند. 4-بر ضخامت لوله ها ،درجه ی حرارت وفرسایش در یک پالایشگاه ومیزان فشار ورودی وخروجی در لوله هار را مانیتور بکنند. شکل زیر یک نممونه از میادین نفت وگاز هوشمند را نشان می دهد: تکنولوژی اینترنت اشیا بی سیم به شرکت ها این امکان را می دهند تا چیزهای زیادی را با استفاده از تکنولوژی سطح سنسور ،جمع اوری اطلاعات وداده های بیشتر به منظور بهتر بهینه سازی فرایندهای کسب وکار و همچنین کاهش دخالت نیروی انسانی وبه طبع کاهش خطای انسانی مانیتور کرد وبر آنها نظارت داشت . در حالت کلی می توان به این واقعیت اشاره کرد که اینترنت اشیا IoT مبتنی بر سنسور می تواندروند اکتساب وجمع اوری داد ه ها را به طور قابل توجهی ساده تر بکند .اگر بخواهیم مثالی از اهمیت اینترنت اشیا بی سیم بزنیم شما را به خواندن پاراگراف پایین دعوت دعوت می کنم .به عنوان مثال ،برای هر شرکت نفتی وگازی کوچک بهینه سازی سود جامع برای افزایش سود اوری بسیار مهم است .اگر این شرکت بخواهد حفاری یک چاه جدید را شروع بکند باید ابتدا مواد شیمیایی را به داخل چاه هدایت بکند تا سنگ هارا در جای خود محکم نگه داشته وگرانروی انها را برای کشیدن سنگ ها به هنگام حفاری فراهم بکند . در مرحله ی بعد شرکت باید تعادل فشار را برقرار بکند واطمینان حاصل بکند که درجه ی حرارت درست وصحیح باشد و همچنین اطمینان حاصل بکند که مقادیر مناسب نفت وگاز را استخراج می کند.هنگامی که اطلاعاتی اضافی در مورد شرایط میکروسکوپی مانند درجه ی حرارت،فشار ،RATE ها ،ترکیبات شیمیایی ،گرانروی وویسکوزیته و… در دست باشد شرکت قادر خواهد بود داده های لازم ومهمرا جمع اوری بکند ،تاجزیه وتحلیل های لازم را انجام دهد و جریان ها وفرایند های حفاری اینده را بهینه سازی کرده وسهم بیشتری از بازار را داشته باشد که در نهایت ماحصل همه ی مراحل قبلی سود اوری بیشتر در بازار خواهد بود. این مثال نمونه ای از سیستم های کنترل صنعتی وپیشرفت وسیر تحول انها به سمت اینترنت اشیا بی سیم است .اتوماسیون صنعتی مدت زمان زیادی است که در صنعت هایی همچون نفت وگاز نقش اساسی را بازی می کند درحال حاضر شرکت های زیادی از فناوری وتکنولوژی اینترنت اشیا IoT بی سیم استفاده می کنند تا هزینه های خود را تاسطح بسیار پایینی کاهش دهند وقطعات شبکه های کنترل شده ی خود را متصل کنند. اما از انجایی که اتوماسیون سنسور بی سیم در باز به سرعت و روز به روز در حال رشد است وروز به روز دسترسی به ان اسانتر می شود شرکت ها می توانند از طریق این تکنولوژی از حسگرهای بی سیم برای اتصال راحتر ،گرفتن اطلاعات بیشتر ،تجزیه وتحلیل اطلاعات وبهبود فرایند های خود استفاده بکنند. بیایید به برخی از راه حل هایی که شرکت های نفت وگاز برای جمع اوری داده های عملیاتی ودرنتیجه بهبود عمیلات از اینترنت اشیا IoT بی سیم استفاده می کنند نگاهی بیاندازیم.
مثال هایی از استفاده اینترنت اشیا در صنایع نفت وگاز
قبل از شروع این قسمت به معرفی دواصطلاح LPWAN و Mesh network می پردازیم
الف- LPWAN
شبکه گسترده کم توان (به انگلیسی: (low-power wide-area network (LPWAN) یک نوع شبکه گسترده مخابرات بی‌سیم است که به منظور ارتباطات طولانی مدت با نرخ انتقال داده کم برای استفاده در بستر اینترنت اشیا IoT طراحی شده‌است. سرعت انتقال داده هر کانال در این نوع شبکه در محدوده ۰٫۳ کیلوبیت بر ثانیه تا ۵۰ کیلوبیت بر ثانیه است.. یک شبکه گسترده کم توان ممکن است برای ایجاد یک حسگر شبکه بی‌سیم استفاده شود.از ویژگی های LPWAN می توان به موارد زیر اشاره کرد:1-دوربرد: محدوده عملیاتی از چند کیلومتر در مناطق شهری تا بیش از ۱۰ کیلومتر در مناطق روستایی متفاوت است.2-کم توان: بهینه شده در مصرف برق؛ فرستنده‌های شبکه گسترده کم توان می‌توانند با استفاده از باتری‌های کوچک و ارزان تا ۲۰ سال کار کنند.3-کم هزینه: پروتکل‌های ساده و سبک پیچیدگی در طراحی سخت‌افزار و هزینه سخت‌افزار را کاهش داده‌اند. استفاده از توپولوژی ستاره‌ای در محدوده طولانی و باندهای فرکانسی رایگان، نیازهای زیربنایی گران شبکه را کاهش می‌دهد.
ب- Mesh network
در حالت معمول، برای اتصال به اینترنت باید از تأمین‌کنندگان خدمات این سرویس یعنی ISPها کمک بگیرید؛ اما با استفاده از روشی جدید، نیازی به آنها نیست. زیرا، به شبکه‌ای از کامپیوترهای آنلاین که در نزدیکی‌تان قرار دارند متصل شده و خود بخشی از آن می‌شوید. به چنین شبکه‌ای که داده‌ها از یک کامپیوتر مرجع وارد و از طریق سایر دستگاههای متصل توزیع می‌شوند، شبکه‌ی مِش می‌گویند.شبکه‌های مِش در ابتدا برای ایجاد ارتباط داخلی و بسته، میان رایانه‌های یک شرکت یا مجموعه‌ای محدود، مورد استفاده قرار می‌گرفتند. سال گذشته اپل، این فناوری را در نسخه‌ی هفتم iOS برای اتصال به شبکه‌ی جهانی وب مورد استفاده قرار داد. البته باید بدانید که یک شبکه‌ی مِش، کاملاً متفاوت از “تدرینگ” عمل می‌کند.در چنین شبکه‌یِ چند شاخه و گره محوری، اطلاعات میان مجموعه‌ای از ایستگاه‌های متصل به هم (که می‌توانند لپ‌تاپ، رایانه شخصی، تلفن‌هوشمند یا تبلت باشند) جریان می‌یابد؛ بنابراین اگر یکی از دستگاه‌ها از شبکه خارج شود، کل مجموعه همچنان برقرار می‌ماند. شبکه‌ی مش می‌تواند بصورت کامل از اینترنت منفک شده و بصورت یک شبکه‌ی داخلی به فعالیت خود ادامه دهد؛ هر چند ممکن است دیگر خیلی مفید نباشد. در شبکه‌ی مش، کافیست یکی از کاربران به اینترنت با سرعت بالا متصل باشد؛ صرف‌نظر از اینکه از چه آی‌اس‌پی استفاده می‌کند، از نظر تئوری دیگر کاربران نیز قادر به استفاده از اینترنت خواهند بود. در ضمن، تا زمانی که پهنای‌باند کافی موجود باشد، هیچ محدودیتی برای تعداد رایانه‌های متصل وجود ندارد.در حال حاضر، از این فناوری به طور آزمایشی در کشورهای استرالیا، مصر و ایالات متحده استفاده می‌شود.
از مزیت های شبکه های توری یا MESH NETWORK می توان به موارد زیر اشاره کرد:
شبکه‌های توری قادر به بازسازی هستند : در شبکه‌های توری اگر یکی از گره‌ها شکسته شود یا مسیرهای ارتباطی دچار اختلال شوند، به دلیل وجود مسیریابها و مسیرهای دیگر امکان ارتباط با سایر بخش‌های سالم شبکه وجود خواهد داشت . این نوع شبکه‌ها خیلی قابل اعتماد هستند زیرا اغلب بیش از یک مسیر از یک گره تا گره دیگر وجود دارد . این نوع توپولوژی اغلب در سناریوهای شبکه بی سیم مورد استفاده قرار می‌گیرد، هرچند از آن می‌توان در شبکه‌های سیمی نیز استفاده نمود.
1- مانیتور OFFSHORE OIL & GAS RIG
بیشترین حجم تولید نفت وگاز اغلب در محیط های سخت و دوردست اتفاق می افتد که در انها شبکه های ارتباطی بسیار کمی وجود دارد که باعث می شود نظارت ومانیتور دما،فشار،نرخ جریان وفلو وسایر ویژگی هخا بسیار سخت وگران تمام می شوند .اغلب شبکه های تلفن همراه گزینه ای مناسب نمی باشند واگر زمانی خواستید از شبکه های وای فای ویا mesh network استفاده بکنید احتمالا مجبورید ان را بیش از حد مهندسی بکنید تا بتوانید انها را عملیاتی بکنید . برای مقابله با این واقعیت ها ،داده های حیاتی به طور معمول از طریق استفاده از ارتباطات ماهواره ای ویا شبکه های سیمی استخراج می شوند که هردوی این روش ها هزینه ای گزاف دارند .با استفاده از LPWAN ها، می توانید به نقاط نظارت بسیار زیادی با قیمت وهزینه ی نسبتا ارزان متصل شوید. به عنوان مثال، شما می توانید آشکارسازهای نشت xx را در چاه های xx واقع در یک محدوده مایل xx مربع در یک شبکه LPWAN متصل کنید. هر یک از این آشکارسازها سپس اطلاعات را به نقطه مرکزی ارسال می کند که به یک ماهواره متصل است (یا داده ها به سادگی می توانند بر روی سایت پردازش شوند، بسته به نیاز و خواسته های شرکت). یک راه حل ترکیبی مانند این، به شما امکان می دهد اطلاعات بیشتری را نسبت به روش نظارت و مانیتور سنتی جمع آوری کنید. LPWAN ها همچنین می توانند در اندازه گیری salinity و نظارت بر تجهیزات و پرسنل در محل مفید باشد.
2- مانیتورینگ REFINERY
در پالایشگاهای نفت و گاز، اینترنت اشیا IoT را می توان برای نظارت بر پارامترهایی مانند ضخامت لوله، نرخ فلو، فشار لوله، و … استفاده کرد. اگر این پارامترها ونواحی قابل دسترسی به پرسنل انسانی باشد، اندازه گیری های زیادی معمولا توسط دست انجام می شود .اما ورود این حجم از اطلاعات به صورت دستی یک کار وقت گیر است که از لحاظ اقتصادی وزمان برای شرکت نسبتا گران تمام می شوند.در نظر داشته باشید که بعضی از مناطق پالایشگاها باید دقیقا در به صورت بلادرنگ وrealtime اندازه گیری شوند، به عنوان مثال، یک شیر که نیازاستبر اساس نرخ فلو که در جاهای دیگر نظارت می شود کنترل شود. در این حالت، تغییر در نرخ فلو نیاز به کنترل تقریبا به موقع شیر دارد. تقریبا سخت است که اطمینان حاصل شود کهبا اکثر سیستم های رادیویی داده ها به صورت بلادرنگ و realtime و با دقت 100٪ ارسال شوند. سیستم های LPWAN به طور معمول برای عملکرد وکارایی بسیار بالا طراحی نشده اند. بنابراین اگر لازم است که قرائت ها در کسری از ثانیه انجام شوداحتمالا باید پالایشگاه به یک سیستم سیمی متکی باشد .
3- مانیتورینگ PIPELINE
یکی از نگرانی های اولیه ی در مورد خطوط انتقال نفت وگاز نشتنی این خطوز وبه دنبال ان ضررها واسیب های مالی ،محیط زیستی و… می باشد.اگر گاز متان بدون اینکه بسوزد وازد جو بشود تاثیرات مخرب اب وهوایی ان تقریبا 25 برابر بیشتر از گاز دی اکسید کربن در طی یک دوره ی 100 ساله است وهمچنین امکان انفجاز گاز در فشار اتمسفری بسیار بالاست که این خطر در مورد نفت وجود ندارد ویا بیسار کمتر است .خطرات عمده ای در ارتباط با نشت خطوط انتقال نفت وگاز وجو دارد که که می تواند باعث شود شرکت ها دارایی ها ی خود را از دست بدهند والودگی های ناشی از ان به طور بالقوه منجر به جریمه های نجومی شود .پیش از اینترنت اشیا IoT اینترنت ماهواره ای نقاط کلیدی را در خط لولهخ کنترل و داده های استخراج شده برای اندازه گیری عملکرد کل سیستم بررسی می کرد.با ادغام (machine-to-machine (M2M راه حل های نفت وگاز ،نکات کلیدی بیشتری را می توان با هزینه های کمتر مانیتور کرد.اینترنت اشیا IoT همچنین می تواند به نظارت بر اجزای خط لوله مانند پمپ ها وفیلترها نیز کمک بکند .بدون یک سیستم هوشمند واسمارت یک شرکت مجبور است حداقل یک نفر را برای انجام هرگونه تعمیرات ونگهداری دوره ای برای مثال هر دو ماه یک بار استخدام بکند در حالی که با استفاده از اینترنت اشیا این شرکت می تواند از انجام ین کارها خوداری نماید.
4- مانیتورینگ WELLHEAD
امروزه شرکت های متعددی مانند Ambyint (قبلا PumpWell) و WellAware وجود دارند که راهکارهای IoT را برای نظارت بر چاه و پمپاژ و سایر نیازهای نظارتی گاز و نفت ارائه می دهند. پارامترهای زیادی در فرایند استخراج نفت و گاز وجود دارد که دستگاه های اینترنت اشیا IoT ، نظارت و جمع آوری داده ها را در این موارد آسان تر می کنند. تصویر زیر که توسط Emerson Process Management ایجاد شده است، برخی از تهدیدات معمول را برای عملکرد خوب توصیف می کند.
نتیجه گیری
استفاده از تکنولوژی بی سیم، شرکت های گاز و نفت را به یک مزیت منحصر به فرد تبدیل می کند. در واقع، من اعتقاد دارم که شرکت های نفت وگاز به خوبی می توانند برخی از بزرگترین پیشرفت های خود را از طریق اتصال “اشیا” که ارزان تر می باشند انجام دهند . Connectivity برای همه در صنعت نفت و گاز به عنوان مسئله تعریف نمی شود. اگر شما به شبکه های سلولی دسترسی داشته باشید و آنچه شما نظارت می کنید به اندازه کافی ارزشمند است تا بتوانید برچسب قیمت را جبران کنید. ممکن است شما نیازی به تکنولوژی LPWAN نداشته باشید. اما اگر شما به دنبال بهبود بهره وری عملیاتی و کاهش هزینه ها به روش های مختلف هستید.
مرجع: رسا صنعت
