دليل شامل للتوائم الرقمية في صناعة النفط والغاز

في الصناعات التي تعتمد بشكل كبير على الأصول والعمليات، مثل النفط والغاز، يعد ضمان المراقبة والصيانة وإدارة المعدات والعمليات بكفاءة أمرًا بالغ الأهمية. وفي هذا الصدد، تعمل التوائم الرقمية في صناعة النفط والغاز على تحويل المشهد التشغيلي لشركات النفط والغاز بشكل أساسي. أجريت الدراسات بواسطة جمعية مهندسي البترول (SPE) وقد أشار الباحثون إلى أن تخصيص الوقت لمنع المضاعفات والحوادث يمثل ما يقرب من 20-25% من إجمالي وقت بناء البئر.

أساسيات التوائم الرقمية في النفط والغاز حلول

ما هو التوأم الرقمي بالضبط؟

يعمل التوأم الرقمي كنسخة طبق الأصل افتراضية للأصول المادية المنتشرة في الميدان، بدءًا من المضخات والضواغط إلى التوربينات وخطوط الأنابيب.

ولكي يكون مفهوم التوائم الرقمية فعالاً، فمن الضروري أن يكون هناك إمكانية الوصول إلى بيانات تشغيلية محدثة في الوقت الفعلي تتعلق بهذه الأصول. وفي حين أحدثت التطورات في الحوسبة السحابية والتحليلات المتقدمة والذكاء الاصطناعي ثورة في الصناعة، فإن فعالية التوأم الرقمي تتوقف على تكامله مع مستودع بيانات مركزي يحتوي على معلومات شاملة تتعلق بالأصول.

إن إنشاء التوأم الرقمي يتم وفقًا لعملية خوارزمية. في البداية، يتم إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد ثم إثرائه بالتفاصيل الأساسية، بما في ذلك التصميم والهندسة والرسومات التخطيطية والمواصفات الهندسية التي تم جمعها من مصادر متنوعة. تتم مشاركة مجموعة البيانات الموحدة هذه عبر أقسام مختلفة، بما في ذلك الهندسة والمشتريات والعمليات.

وبما أن الأصول الرقمية يتم تحديثها تلقائيًا بأحدث بيانات التشغيل والصيانة، فيمكن للمشغلين استرداد المعلومات ذات الصلة بصحة الأصول وأدائها بسهولة من خلال علامات البيانات. ومن خلال معالجة الأعطال أو انقطاعات الإنتاج بشكل استباقي، يتم إعطاء الأولوية لتدابير الصيانة الوقائية على التدابير التفاعلية، وبالتالي إطالة عمر الأصول وتقليل نفقات الصيانة على المدى الطويل.

فوائد التوائم الرقمية في صناعة النفط والغاز

وفورات في التكاليف

إن دمج التوائم الرقمية يوفر مزايا كبيرة في توفير التكاليف. على سبيل المثال، أدى تطبيقها في مشاريع النفط والغاز البحرية في بحر الشمال إلى توفير ما يزيد عن 2 مليون يورو للمشاريع التي يبلغ وزنها العلوي 10,000 آلاف طن. ووفقًا لدراسة أجرتها شركة GEP، فإن التوائم الرقمية وأنظمة البيانات الذكية لديها القدرة على خفض إجمالي تكاليف مشروع إيقاف التشغيل لمشغلي النفط والغاز بنسبة 9% إلى 15%. وعلاوة على ذلك، إذا كانت توقعات جارتنر صحيحة، فإن ما يقرب من نصف التطبيقات الصناعية الرئيسية ستتبنى التوائم الرقمية بحلول عام 2021، مما يعزز الكفاءة التشغيلية بنسبة 10%.

فاعلية التشغيل

يعمل التوأم الرقمي كنسخة معقدة من الأصول المادية، حيث يشمل خططًا تفصيلية للبنية التحتية بأكملها، بما في ذلك خطوط الأنابيب وأنظمة التجميع والمبادلات الحرارية والتوربينات والمضخات والضواغط. ويمكّن هذا التمثيل الشامل الشركات من نمذجة العمليات وممارسة السيطرة وتسهيل مراقبة صحة المعدات. تعمل التوائم الرقمية على رفع أداء الإنتاج من خلال تحديد مشكلات المعدات بشكل استباقي، وكشف السبل لتحسين العملية، وتقليل وقت التوقف غير المخطط له. ومن خلال الاستفادة من التوائم الرقمية، تحقق شركات النفط والغاز مكاسب كبيرة بسرعة. حتى زيادة متواضعة بنسبة 0.1٪ في الإنتاج، والتي تعزى إلى تحسين العملية والكفاءة التشغيلية، تترجم إلى ملايين الدولارات من الإيرادات الإضافية لهذه الشركات.

السلامة في مكان العمل

من خلال استخدام الأجهزة الذكية القابلة للارتداء مثل الساعات الذكية وأجهزة الكمبيوتر المجسمة القابلة للارتداء وشاشات العرض الذكية (HUDs) وعلامات البلوتوث منخفضة الطاقة (BLE) وملابس العمل الذكية (بما في ذلك السترات البيومترية والخوذ الصلبة والأحذية)، تعمل شركات النفط والغاز على تعزيز السلامة في مكان العمل بشكل فعال. تعمل هذه الأجهزة، التي تكملها التوائم الرقمية، على تسهيل الوعي في الوقت الفعلي بموقع المشغل في سياقات محددة، ومراقبة التعرض للبيئات الخطرة، والتخفيف من إجهاد المشغل كسبب جذري للحوادث، وتقديم معلومات بالغة الأهمية إلى أرض المصنع في الوقت الفعلي عندما تكون هناك حاجة ماسة إليها.

تطبيق التوائم الرقمية في صناعة النفط والغاز

1. مراقبة حقول النفط والصيانة التنبؤية

تلعب التوائم الرقمية دورًا محوريًا في الصيانة التنبؤية للأصول من خلال تحديد المشكلات المحتملة بشكل استباقي، وبالتالي التخفيف من فترات التوقف غير المخطط لها وتحسين تكاليف الصيانة. من خلال الاستفادة من التحليلات التنبؤية، تراقب التوائم الرقمية باستمرار أداء المعدات الميدانية، وتولد توقيعات أصول فريدة تغلف معلومات بالغة الأهمية مثل الظروف المحيطة والمعلمات التشغيلية وبيانات التحميل التاريخية. ثم تتم مقارنة البيانات في الوقت الفعلي بهذه النماذج للكشف عن أي انحرافات في الأنماط، مما يؤدي إلى تشغيل إشعارات الإنذار المبكر لمنع الأعطال الكبرى وضمان الموثوقية التشغيلية.

2. إجراء عمليات محاكاة ديناميكية للوصول إلى تدفقات الإنتاج المثالية

تُحدث عمليات المحاكاة الديناميكية التي تسهلها التوائم الرقمية ثورة في سير العمل الإنتاجي من خلال السماح بالتخطيط والتحليل الدقيق قبل النشر. من خلال تشغيل عمليات المحاكاة قبل النشر الفعلي، يكتسب مصممو سير العمل فهمًا شاملاً للاختناقات المحتملة وعدم الكفاءة، مما يمكنهم من تحسين العمليات لتحسين الإنتاجية. من خلال التكامل مع عمليات محاكاة البيانات والتحليلات، تقدم التوائم الرقمية رؤى قابلة للتنفيذ حول سير العمل الحالي، مما يساعد في حل المشكلات بشكل استباقي وتقديم بدائل قابلة للتطبيق لمعالجة تحديات الإنتاج عند ظهورها.

3. نمذجة سيناريوهات الحفر في الحياة الواقعية لتحديد جدوى المعدات

توفر التوائم الرقمية منصة متطورة لـ نموذج لسيناريوهات الحفر في الحياة الواقعية، مما يوفر رؤى لا تقدر بثمن حول جدوى المعدات. من خلال تحديد المشكلات والتحديات المحتملة مسبقًا، يمكن للمشغلين تحسين كفاءة المعدات وتقليل تكاليف بناء الآبار الإجمالية. بالإضافة إلى ذلك، تعمل التوائم الرقمية على تعزيز أنشطة الحفر الحرارية الأرضية من خلال تبسيط العمليات وتسريعها بناء جيد الجداول الزمنية، وبالتالي تحسين تحركات الحفارات المجدولة وخدمات الآبار الأخرى.

4. تحسين الإنتاج من خلال التوائم الرقمية

تساعد التوائم الرقمية في تحسين إنتاج النفط والغاز من خلال توفير رؤى البيانات عبر خمس مراحل مختلفة، وهي:

• تنظيم وتنفيذ نظام إدارة الصيانة المحوسبة (CMMS)
• تحسين موثوقية الأصول
• إدارة تكوين المعلومات
• تحسين الرؤى التشغيلية
• صيانة وإدارة الأصول مدى الحياة (التوائم الرقمية الدائمة)

5. تكامل البيانات لإدارة الأصول الذكية

تتضمن إدارة الأصول الذكية الحصول على البيانات من مصادر بيانات متعددة، بما في ذلك SCADA، والاستشعار عن بعد، وبيانات المراقبة تحت السطحية، وما إلى ذلك، وبالتالي إشراك التكامل بين الأنظمة الداخلية والخارجية وعمليات المكتب الخلفي.

لذلك، لا تتطلب إدارة الأصول المادية من خلال التوائم الرقمية الصيانة في الوقت الفعلي فحسب، بل تتطلب أيضًا قياس أداء الأصول في ظل سيناريوهات مختلفة. علاوة على ذلك، فإنها تقلل من التكلفة المرتبطة بالسفر من وإلى الميدان إلى

أبرمت شركة روكويل شراكة مع خدمات إنترنت الأشياء التابعة لشركة مايكروسوفت لإدارة أصولها النفطية والغازية بشكل استباقي. وتستخدم روكويل منصة إنترنت الأشياء لمراقبة المحركات ذات السرعة المتغيرة لمضخاتها من مركز القيادة الخاص بها في أوهايو. ومن ثم تستطيع الشركة تحديد المشكلات بشكل استباقي في الوقت الفعلي، مما يوفر ما يصل إلى 300,000 ألف دولار من الإنتاج يوميًا الذي قد تكلفه مضخة معطلة.

6. زيادة السلامة في مكان العمل

تساعد أجهزة إنترنت الأشياء الذكية القابلة للارتداء مثل الساعات الذكية والسترات البيومترية وعلامات البلوتوث في مراقبة أنشطة القوى العاملة وتتبع موقع المشغل وخلق الوعي بإرهاق القوى العاملة والحصول على إمكانية الوصول إلى المعلومات الهامة على أرض المصنع.

7. الحفاظ على المعرفة الضمنية للمؤسسة باستخدام التوائم الرقمية

ويبلغ متوسط ​​عمر العاملين في صناعة النفط والغاز 56 عاماً، وسيكونون مؤهلين للتقاعد في العقد المقبل، مما يهدد الصناعة بنقص حاد في المهارات.

من خلال الحفاظ على مستودع مركزي لمعلومات الأصول، يساعد مفهوم التوائم الرقمية في تحقيق الكفاءة التشغيلية وخفض تكلفة العمليات من خلال القضاء على الحاجة إلى توظيف موظفين باهظي الثمن.

خاتمة

باختصار، يوفر تطبيق التوائم الرقمية في صناعة النفط والغاز مزايا كبيرة، بما في ذلك تحسين الكفاءة والسلامة وخفض التكاليف. ومع تطور التكنولوجيا، ستستمر إمكانات التوائم الرقمية في إحداث ثورة في العمليات. وللاستفادة الكاملة من هذا الابتكار، يتعين على الشركات الاستثمار في البنية الأساسية القوية والموظفين المهرة. إن تبني التوائم الرقمية أمر ضروري للحفاظ على القدرة التنافسية والمرونة في سوق النفط والغاز الديناميكية.