صنایع نفت و گاز در مسیر هوشمندسازی؛ تحولات و موانع پیش‌رو

در دهه اخیر، صنایع نفت و گاز با چالش‌های متعددی مانند نوسانات قیمت نفت و فشارهای زیست‌محیطی مواجه بوده‌اند. در این شرایط، استفاده از فناوری‌های نوین صنعتی به‌ویژه اینترنت اشیای صنعتی (IIoT)، هوش مصنوعی (AI) و دیجیتال‌سازی به‌عنوان راهکارهایی کلیدی در دستور کار قرار گرفته است. به گفته مدیرعامل شرکت ملی نفت ایران، تمرکز بر فناوری‌های نوین و هوش مصنوعی گام‌های بلندی برای افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌ها برداشته است. افزون‌بر‌این، به‌کارگیری هوش مصنوعی در مدیریت مخازن نفتی به بهینه‌سازی تزریق و تولید کمک کرده و در مواردی تا ۸۰٪ افزایش تولید را به همراه داشته است.

فناوری‌های نوین و هوشمند در صنعت نفت و گاز

اینترنت اشیای صنعتی (IIoT)

شبکه‌ای از حسگرها و دستگاه‌های متصل که داده‌های فرآیندی و تجهیزاتی را به‌صورت بلادرنگ جمع‌آوری و امکان پایش لحظه‌ای تجهیزات، خطوط لوله و چاه‌ها را فراهم می‌کند. این فناوری با جمع‌آوری داده‌های تولید از‌طریق حسگرها، می‌تواند بهره‌وری را افزایش داده و با پیش‌بینی تعمیرات، از توقف‌های ناخواسته جلوگیری کند. حسگرهای متصل به خطوط لوله می‌توانند نشتی یا خوردگی را به‌سرعت شناسایی کنند و هزینه‌های نظارت دستی را کاهش دهند.

هوش مصنوعی (AI)

با استفاده از AI می‌توان الگوهای نهفته در داده‌های اکتشافی و تولید را یافت، برنامه‌ریزی نگهداری را پیش‌بینی کرد و فرآیندهای استخراج و پالایش را بهینه نمود. در مدیریت مخازن نفتی، AI به بهینه‌سازی تزریق و تولید کمک کرده و در مواردی تا ۸۰٪ افزایش تولید را به همراه داشته است. کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که ۹۲ درصد شرکت‌های نفت و گاز تا سال ۲۰۲۵ روی هوش مصنوعی سرمایه‌گذاری خواهند کرد.

سیستم‌های مدیریت دارایی فیزیکی (EAM)

نرم‌افزارهایی برای مدیریت جامع چرخه عمر تاسیسات صنعتی که با بهره‌گیری از IoT و AI، نگهداری پیش‌بینانه را فراهم می‌کنند و هزینه‌های تعمیرات اضطراری را کاهش می‌دهند.

دیجیتالی‌سازی عملیات حفاری

استفاده از فناوری‌هایی نظیر حفاری هدایت‌پذیر، شبیه‌سازی دیجیتال چاه (Digital Twin) و ابزار RSS برای افزایش سرعت و دقت حفاری. ایران اخیراً قرارداد بومی‌سازی فناوری حفاری افقی طولانی را امضا کرده است تا عملیات حفاری را مؤثرتر سازد.

دوربین‌های هوشمند ضدانفجار

سیستم‌های نظارتی مقاوم در محیط‌های پرخطر با قابلیت تصویربرداری پیشرفته و تحلیل تصویر. این دوربین‌ها با قابلیت کنترل از راه‌دور ایمنی تجهیزات و محیط را پایش و با استفاده از فناوری‌های هوش مصنوعی، وضعیت‌های غیرعادی را تشخیص داده و هشدار می‌دهند. بدین ترتیب ایمنی کارکنان و تجهیزات در مناطق انفجارخیز به‌طور قابل‌توجهی ارتقا می‌یابد.

واقعیت افزوده (AR)

پلتفرم‌های تعاملی برای آموزش، تعمیرات و پشتیبانی از راه دور که دستورالعمل‌ها و اطلاعات فنی را به صورت لایه‌ای روی محیط واقعی نشان می‌دهند.

پردازش ابری (Cloud Computing)

استفاده از زیرساخت‌های محاسباتی مقیاس‌پذیر برای ذخیره و پردازش داده‌های صنعتی که امکان همکاری مؤثر تیم‌های پراکنده و سرعت تصمیم‌گیری و تحلیل داده‌ها را افزایش می‌دهد.

نگهداری پیشگیرانه (Predictive Maintenance)

استفاده از تحلیل‌های داده‌محور و هوش مصنوعی برای پیش‌بینی زمان خرابی تجهیزات. به این ترتیب تعمیرات در زمان مناسب برنامه‌ریزی شده و از توقف‌های ناگهانی جلوگیری می‌شود.

مزایای هوشمند‌سازی صنایع نفت و گاز

• افزایش بهره‌وری: فناوری‌های جدید با اتوماسیون فرآیندها و بهینه‌سازی عملکرد تجهیزات، موجب افزایش راندمان عملیاتی می‌شوند.
• کاهش هزینه‌ها: نگهداری پیشگیرانه، تحلیل داده‌ها، استفاده از AR و منابع ابری هزینه‌های عملیاتی، تعمیرات اضطراری و سفر متخصصان را کاهش می‌دهد. شبکه‌های IoT می‌توانند تا ۳۰ درصد هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهند.
• ارتقای ایمنی و امنیت: پایش بلادرنگ با حسگرها و دوربین‌های هوشمند، سوانح و نشت‌ها را زودهنگام تشخیص می‌دهد و امکان واکنش سریع فراهم می‌گردد. برای نمونه، حسگرهای گاز و دستگاه‌های پوشیدنی IoT وضعیت سلامت کارکنان را پایش کرده و به‌محض مشاهده شرایط خطرناک هشدار می‌دهند. به‌علاوه، دوربین‌های ضدانفجار با قابلیت تحلیل هوشمند تصویر، ورود افراد غیرمجاز به مناطق پرخطر را تشخیص داده و از وقوع حوادث ناخواسته جلوگیری می‌کنند.
• امنیت اطلاعات: دیجیتال‌سازی گسترده مستلزم تمرکز ویژه بر امنیت سایبری است. مطالعات نشان داده که ۶۲٪ متخصصان نفت و گاز در سال ۲۰۲۳ هزینه‌های امنیت سایبری را افزایش داده‌اند تا با تهدیدات پیش‌رو مقابله کنند.
• کاهش اثرات زیست‌محیطی: استفاده از فناوری‌های دیجیتال مانند مدل‌های AI/ML برای پایش انتشار گازهای گلخانه‌ای و رعایت مقررات زیست‌محیطی مفید است.

چالش‌ها و موانع پیاده‌سازی

• زیرساخت‌های قدیمی و ناسازگار: اغلب تجهیزات و تاسیسات موجود در صنعت نفت ده‌ها سال قدمت دارند و سازگارسازی آن‌ها با فناوری‌های نوین دشوار دیجیتال است. ضعف شبکه‌های ارتباطی به‌ویژه در مناطق عملیاتی دورافتاده نیز یک چالش زیرساختی است.
• کمبود نیروی متخصص: ورود فناوری‌هایی مانند AI و IoT نیازمند مهندسان داده و متخصصان IT است، اما صنعت با کمبود نیروی متخصص در این زمینه‌ها مواجه است.
• کیفیت داده‌ها: کیفیت پایین یا ناقص بودن داده‌های جمع‌آوری‌شده از میادین نفتی، فرایند آموزش مدل‌های هوش مصنوعی را با مشکل روبرو می‌کند. مدیریت و استانداردسازی داده‌ها پیش‌نیاز تحلیل صحیح و تصمیم‌سازی داده‌محور است.
• امنیت سایبری: اتصال گسترده سیستم‌ها به شبکه‌های ابری و IIoT زمینه را برای حملات سایبری مهیا می‌کند. با گسترش زیرساخت‌های دیجیتال، صنعت نفت ناچار به تقویت امنیت سایبری خود است.
• هزینه و سرمایه‌گذاری اولیه: راه‌اندازی پروژه‌های هوشمندسازی صنایع نفت، گاز و پتروشیمی نیازمند سرمایه‌گذاری قابل‌توجه و زمان طولانی برای بازگشت سرمایه است. قیمت دوربین ضد انفجار و سایر تجهیزات هوشمند بالا است و این مسئله به‌ویژه در شرایط تحریم و محدودیت مالی، چالشی اساسی به شمار می‌رود.

تجربه‌ها و پروژه‌های موفق هوشمندسازی صنایع در ایران

شرکت‌های ایرانی گام‌های عملی قابل‌توجهی در هوشمندسازی برداشته‌اند.

• بزرگترین پروژه هوشمندسازی صنعت نفت کشور: با سرمایه ۳۹۰ میلیون دلار در حوزه پایش و مدیریت هوشمند زنجیره تأمین فرآورده‌های نفتی.
• مرکز راهبری میدان‌های هیدروکربوری: راه‌اندازی برای ۱۵ میدان نفتی و گازی با فناوری هوش مصنوعی توسط شرکت ملی نفت ایران.
• اولین چاه نفتی هوشمند ایران: به‌زودی در میدان سپهر و جفیر با فناوری AI به بهره‌برداری می‌رسد.
• نخستین پالایشگاه هوشمند کشور: در قشم با هدف بهینه‌سازی مصرف انرژی و افزایش تولید در دست ساخت است.
• پروژه‌های میدان نفت دیجیتال (Digital Oil Field) و میدان گاز دیجیتال (Digital Gas Field): دنبال شده توسط شرکت ملی نفت ایران.
• تفاهم‌نامه شرکت ملی مناطق نفت‌خیز جنوب با شرکت مخابرات ایران: برای توسعه چاه‌های نفت دیجیتال شامل پیاده‌سازی شبکه فیبر نوری، مراکز داده و IIoT.

عوامل موفقیت این پروژه‌ها شامل حمایت کلان دولت و ایجاد اکوسیستم همکاری بین بخش‌های دولتی، شرکت‌های دانش‌بنیان و مراکز پژوهشی بوده است. با‌این‌حال، بوروکراسی اداری، مشکلات مالی، ناهماهنگی زنجیره تأمین و فقدان یکپارچگی اطلاعات گاهی سرعت پیشرفت را کاهش داده است.

راهکارهایی برای تسهیل مسیر هوشمندسازی صنایع نفت و گاز

• تقویت زیرساخت‌های ارتباطی: توسعه شبکه‌های فیبر نوری و فناوری‌های بی‌سیم نظیر ۵G در مناطق عملیاتی.
• سرمایه‌گذاری در داده و محاسبات ابری: ایجاد مراکز داده پیشرفته و استفاده از پلتفرم‌های ابری داخلی و خارجی برای پردازش داده‌های حجیم.
• آموزش و فرهنگ‌سازی: به‌روزرسانی مهارت‌های نیروی انسانی و توانمندسازی کارکنان برای کار با فناوری‌های نوین و برگزاری دوره‌های آموزشی.
• توسعه اکوسیستم نوآوری: فراهم کردن زمینه همکاری دولت، دانشگاه و شرکت‌های خصوصی (به‌ویژه دانش‌بنیان).
• تدوین نقشه راه دیجیتال: یک نقشه راه شفاف با مراحل، زمان‌بندی مشخص، اولویت‌ها و شاخص‌های کلیدی.
• تضمین امنیت سایبری: اجرای استانداردهای امنیتی سختگیرانه برای سیستم‌های کنترل صنعتی (OT) و حفاظت از داده‌ها. سرمایه‌گذاری مستمر در امنیت سایبری باید در اولویت قرار گیرد.
• استفاده از مدل‌های همکاری: تشکیل کنسرسیوم‌های صنعتی برای کاهش هزینه‌ها و تسریع نوآوری.

در پایان، مسیر هوشمندسازی در صنعت انرژی نیازمند رویکردی فراگیر و بلندمدت است. استفاده به‌موقع از فناوری‌های جدید در کنار پشتیبانی مدیریتی و سیاست‌های تشویقی، می‌تواند به رشد بهره‌وری و کاهش مخاطرات کمک کرده و صنعت نفت و گاز کشور را در مسیر توسعه پایدار قرار دهد.