توتال با اینترنت اشیا، حفاری نفت و گاز را بازطراحی می‌کند

سید علی ضیائی نوشت: تحول دیجیتال در صنعت نفت و گاز دیگر یک انتخاب راهبردی نیست، بلکه ضرورتی بنیادین برای بقا در عصر گذار انرژی و رقابت‌پذیری در بازارهای جهانی محسوب می‌شود. شرکت فرانسوی توتال‌انرژیز (TotalEnergies)، یکی از چهار شرکت بزرگ انرژی جهان، با درک این ضرورت، استراتژی میان‌مدت و بلندمدت خود را بر پایه یکپارچه‌سازی فناوری‌های نوین نظیر اینترنت اشیا (IoT)، هوش مصنوعی (AI) و محاسبات ابری بنا نهاده است.

به گزارش اکو ۳۶۵، هسته مرکزی این تحول در بخش بالادستی، سامانه پیشرفته SmartRoom RTSC  است که با بهره‌گیری از داده‌های صدها حسگر اینترنت اشیای نصب‌شده بر روی دکل‌های حفاری در سراسر جهان، امکان نظارت، تحلیل و پیش‌بینی عملیات را در لحظه فراهم می‌کند.

پارادایم نوین عملیات حفاری

مرکز پشتیبانی در لحظه (Real Time Support Center) که در مرکز علمی و فنی ژان فژه (CSTJF) در شهر پو، فرانسه مستقر شده، نماد گذار توتال‌انرژیز از روش‌های سنتی به مدیریت داده‌محور است. این مرکز وظیفه هدایت و پشتیبانی عملیات‌های پیچیده حفاری را بر عهده دارد که در محیط‌های چالش‌برانگیزی نظیر آب‌های فوق‌عمیق، مخازن با فشار و دمای بالا (HPHT) و چاه‌های افقی طویل انجام می‌شوند. با توجه به اینکه مخازن امروزی گاه در عمق ۱۰ هزار‌متری زیر سطح زمین یا در عمق آب ۳ هزارمتری قرار دارند، هرگونه خطا در فرآیند حفاری می‌تواند موجب خسارت‌های میلیاردی یا فجایع زیست‌محیطی جبران‌ناپذیر شود.

سامانه SmartRoom RTSC با جمع‌آوری جریان مداوم داده‌ها از صدها حسگر اینترنت اشیا که بر روی هر دکل حفاری نصب شده‌اند، تصویری شفاف از وضعیت زیرسطحی ارائه می‌دهد. این حسگرها مولفه‌های حیاتی نظیر وزن روی مته(WOB)، سرعت دوران(RPM)، نرخ نفوذ(ROP)، فشار درونی چاه (BHP) و گشتاور را با فرکانس بالا اندازه‌گیری می‌کنند. داده‌های خام پس از جمع‌آوری، از طریق لینک‌های ماهواره‌ای ایمن به مرکز پو ارسال شده و در یک محیط کار اشتراکی در اختیار مهندسان متخصص حفاری و کارشناسان علوم زمین قرار می‌گیرند. این همکاری بین‌رشته‌ای که با تکیه بر داده‌های زنده صورت می‌گیرد، به تیم‌های عملیاتی اجازه می‌دهد تا ناهنجاری‌های حفاری را در کسری از ثانیه شناسایی کرده و پیش از تبدیل‌شدن یک انحراف کوچک به یک بحران بزرگ، اقدامات اصلاحی را اعمال کنند.

اینترنت اشیای صنعتی (IIoT) سیستم عصبی دکل‌های هوشمند

در معماری توتال‌انرژیز، اینترنت اشیا فراتر از یک ابزار جمع‌آوری داده، به‌عنوان سیستم عصبی کل عملیات عمل می‌کند. حسگرهای اینترنت اشیای مدرن که بر روی دکل‌های حفاری نصب می‌شوند، باید در شرایط محیطی بسیار سخت، از جمله فشارهای هزار بار و دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد، با دقت بالا فعالیت کنند. این حسگرها نه‌تنها داده‌های عددی تولید می‌کنند، بلکه با بهره‌گیری از قابلیت‌های پردازش در لبه، فرآیندهای اولیه تصفیه داده و تشخیص ناهنجاری‌های سطحی را در محل انجام می‌دهند تا بار ترافیکی شبکه کاهش یابد.

توتال‌انرژیز برای انتقال این حجم عظیم از داده‌ها از پروتکل‌های ارتباطی پیشرفته‌ای نظیر MQTT استفاده می‌کند. پروتکل MQTT به‌دلیل وزن سبک و معماری مبتنی بر اشتراک، برای محیط‌های حفاری که پهنای باند ماهواره‌ای در آنها محدود و گران است، انتخابی ایده‌آل به‌شمار می‌آید. برخلاف سیستم‌های قدیمی SCADA  که داده‌ها را در فواصل زمانی ۵ تا ۱۰دقیقه‌ای ارسال می‌کردند، سیستم‌های جدید مبتنی بر IoT توتال‌انرژیز داده‌ها را بر اساس رویداد و در بازه‌های زمانی ثانیه‌ای منتقل می‌کنند. این کاهش تاخیر از دقایق به ثانیه‌ها، یکی از ارکان اصلی موفقیت سامانه اسمارت‌روم در مدیریت بحران‌هایی نظیر «لگد چاه» است.

علاوه بر حفاری، توتال‌انرژیز فناوری اینترنت اشیا را در بخش‌های دیگر نظیر ایستگاه‌های سوخت‌رسانی گاز طبیعی (NGV) نیز گسترش داده است. با استفاده از راهکار MindSphere شرکت زیمنس، بیش از ۵۰ ایستگاه NGV در کشورهای هلند، بلژیک و فرانسه به‌صورت یکپارچه مانیتور می‌شوند. این شبکه اینترنت اشیا سالانه میلیاردها نقطه داده را به پایگاه‌های داده ابری ارسال می‌کند که برای بهینه‌سازی تعمیرات و کاهش هزینه‌های مالکیت (TCO) مورداستفاده قرار می‌گیرند. این گستردگی نشان‌دهنده استراتژی «پلت‌فرم‌سازی» توتال‌انرژیز در حوزه داده‌های صنعتی است.

انواع حسگرهای کلیدی در اکوسیستم اینترنت اشیای توتال‌انرژیز

در اکوسیستم اینترنت اشیای توتال‌انرژیز، مجموعه‌ای از حسگرهای تخصصی به‌صورت یکپارچه برای پایش مستمر، تحلیل پیش‌بینانه و تضمین ایمنی عملیات بالادستی به‌کار گرفته می‌شوند. حسگرهای آکوستیک و اولتراسونیک در خطوط لوله و تاسیسات انتقال نصب شده‌اند و با ثبت امواج صوتی غیرعادی و تغییرات ضخامت دیواره لوله، امکان تشخیص زودهنگام نشت و شناسایی روندهای خوردگی را فراهم می‌کنند؛ این داده‌ها نقش مهمی در کاهش ریسک‌های زیست‌محیطی و جلوگیری از توقف‌های ناخواسته دارند. در کنار آنها، حسگرهای مغناطیسی برای پایش خوردگی داخلی تجهیزات فلزی به‌کار گرفته می‌شوند و با رصد تغییرات میدان مغناطیسی دیواره‌ها، نشانه‌های تضعیف سازه‌ای را پیش از رسیدن به مرحله بحرانی آشکار می‌کنند.

در سطح فرآیندهای عملیاتی، فلومترهای هوشمند جریان گل حفاری و سیالات تولیدی را به‌صورت پیوسته مدیریت می‌کنند و مولفه‌هایی مانند نرخ جریان، فشار و دمای سیال را اندازه‌گیری کرده و به سامانه‌های کنترلی و تحلیلی منتقل می‌‌کنند. این داده‌ها مبنای بهینه‌سازی عملیات حفاری و تولید هستند. همزمان، حسگرهای ارتعاشی پیشرفته مانند NEON در ماشین‌آلات دوار نظیر پمپ‌ها و توربین‌ها به‌کار می‌روند و با تحلیل فرکانس و دامنه ارتعاشات، امکان پیاده‌سازی نگهداری پیشگو و زمان‌بندی دقیق تعمیرات را مهیا می‌کنند. درنهایت، حسگرهای فشار آنولوس به‌عنوان یکی از عناصر حیاتی ایمنی در چاه‌های فراساحلی عمل می‌کنند و با اندازه‌گیری فشار در فضای حلقوی چاه، یکپارچگی چاه را پایش کرده و از بروز حوادث پرریسک جلوگیری می‌کنند.

DrillX از پایش تا پیش‌بینی

توتال‌انرژیز با تاسیس «کارخانه دیجیتال» در سال ۲۰۲۰، که میزبان ۳۰۰ متخصص هوش مصنوعی و داده‌کاوی است، فرآیند تبدیل داده‌های اینترنت اشیا را به بینش‌های عملیاتی تسریع کرده است. شاخص‌ترین محصول این کارخانه در حوزه حفاری، نرم‌افزار DrillX است که با استفاده از الگو‌های یادگیری ماشین، به پیش‌بینی حوادث پیش از وقوع می‌پردازد. DrillX به‌طور خاص بر روی دو ریسک بزرگ تمرکز دارد: لگد چاه (Kick)  که ناشی از ورود ناگهانی گاز یا سیال مخزن به درون چاه است، و گیرکردن لوله (Stuck Pipe) که می‌تواند به توقف کامل عملیات و از دست‌رفتن رشته حفاری منجر شود.

بر اساس داده‌های منتشرشده، DrillX می‌تواند وقوع یک لگد چاه را تا سه ساعت قبل از بروز فیزیکی پیش‌بینی کند. این پیش‌بینی با دقت خیره‌کننده ۹۵ درصد انجام می‌شود که در صنعت نفت و گاز یک رکورد محسوب می‌شود. در حوزه گیرکردن لوله نیز، الگوهای یادگیری عمیق نظیر LSTM Autoencoders با تحلیل داده‌های سری زمانی حسگرهای اینترنت اشیا، انحرافات کوچک در الگوهای عادی عملیاتی را شناسایی کرده و با دقت بالای ۹۹ درصد ناهنجاری‌ها را تشخیص می‌دهند. این نرم‌افزار همانند یک «دستیار هوشمند» در SmartRoom RTSC  عمل کرده و با فیلتر‌کردن هشدارهای کاذب، تمرکز ناظران چاه را بر روی موارد بحرانی حفظ می‌کند. استفاده از DrillX نه‌فقط ایمنی را افزایش می‌دهد، بلکه موجب بهبود قابل‌توجه در نرخ نفوذ و کاهش زمان‌های غیرمولد شده است.

ابررایانه Pangea قدرت پردازشی پشت داده‌های اینترنت اشیا

حجم عظیم داده‌های تولیدشده از طریق هزاران حسگر اینترنت اشیا در سراسر جهان، نیازمند یک موتور پردازشی قدرتمند است. توتال‌انرژیز برای این منظور بر روی سری ابررایانه‌های Pangea سرمایه‌گذاری کرده است. نسل چهارم این ابررایانه، Pangea 4، که در سال ۲۰۲۴ راه‌اندازی شد، یک راهکار ترکیبی است که توان پردازشی محلی را با ظرفیت‌های نامحدود محاسبات ابری ادغام می‌کند. Pangea 4  نسبت به نسل قبلی خود، ۸۷ درصد برق کمتری مصرف می‌کند، درحالی‌که سرعت محاسباتی آن دو برابر شده است.

این ابررایانه نقش کلیدی در تحلیل داده‌های اینترنت اشیای دریافتی در SmartRoom RTSC ایفا می‌کند. Pangea 4 برای اجرای شبیه‌سازی‌های پیچیده مخزن، پردازش داده‌های لرزه‌ای چهاربعدی (که تغییرات مخزن را در طول زمان نشان می‌دهند) و آموزش الگو‌های هوش مصنوعی DrillX استفاده می‌شود. برای مثال، در حوزه مانیتورینگ ذخیره‌سازی کربن  (CCS)، هوش مصنوعی با کمک Pangea مدل‌های ژئوفیزیکی را برای پیش‌بینی رفتار دی‌اکسید کربن تزریق‌شده در لایه‌های زیرسطحی با سرعت بسیار بالایی ایجاد می‌کند. این هماهنگی میان «حسگر  در چاه» و «ابررایانه در پو»، یک حلقه بازخورد هوشمند ایجاد کرده است که تمام زنجیره ارزش را پوشش می‌دهد.

امنیت سایبری و مدیریت ریسک در عصر  اینترنت اشیا

با گسترش شبکه‌های اینترنت اشیا و اتصال دکل‌های حفاری به ابررایانه‌های مرکزی، تهدیدات سایبری به یکی از چالش‌های اصلی تبدیل شده‌اند. توتال‌انرژیز برای محافظت از زیرساخت‌های حیاتی خود، استراتژی‌های امنیتی چندلایه‌ای را اجرایی کرده است. نوسازی شبکه‌های عملیاتی (OT) با استفاده از تجهیزات Allied Telesis  و رعایت استانداردIEC 62443، سطح امنیت را در سکوهای فراساحلی به‌شدت افزایش داده است. این تجهیزات شامل دیواره‌های آتش صنعتی، جداسازی شبکه‌ها و پورت‌های مدیریتی اختصاصی هستند که از نفوذ مهاجمان به سیستم‌های کنترل و ایمنی (ICSS) جلوگیری می‌کنند.

علاوه بر اقدامات سخت‌افزاری، توتال‌انرژیز از هوش مصنوعی برای «دفاع سایبری» نیز بهره می‌برد. سیستم‌های یادگیری ماشین با پایش مستمر رفتار ترافیک داده‌های حسگرها، هرگونه ناهنجاری را که نشان‌دهنده نفوذ یا دستکاری داده باشد (مانند ارتباط یک حسگر  با سروری ناشناخته در خارج از شبکه) شناسایی کرده و بی‌درنگ واکنش نشان می‌دهند.

افق ۲۰۳۰

توتال با استقرار سامانه SmartRoom RTSC و بهره‌گیری از ظرفیت‌های بی‌نظیر اینترنت اشیا، خود را به‌عنوان پیشرو در تحول دیجیتال صنعت انرژی تثبیت کرده است. این رویکرد داده‌محور نه‌فقط به افزایش ایمنی و کارایی در عملیات‌های پیچیده حفاری منجر ‌شده، بلکه ابزاری قدرتمند برای دستیابی به اهداف پایداری و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای فراهم کرده است.

چشم‌انداز آینده نشان‌دهنده حرکت به سمت پلت‌فرم‌سازی کامل و استفاده از هوش مصنوعی مولد برای خودکارسازی فرآیندهای تصمیم‌گیری است. با تجهیز تمامی سایت‌های عملیاتی به حسگرهای پایش مستمر تا سال ۲۰۲۵ و تکیه بر قدرت پردازشی  Pangea 4، توتال‌انرژیز در حال ساختن آینده‌ای است که در آن انرژی نه‌‌فقط فراوان، بلکه هوشمند، ایمن و پاک خواهد بود. موفقیت این شرکت در ترکیب دانش عمیق مهندسی با فناوری‌های نوین دیجیتال، الگویی برای کل صنعت در مسیر گذار به انرژی‌های نوین به‌شمار می‌آید.