IoT в нефтената и газовата индустрия

Динамиката в цените на суровия петрол обуславят необходимостта от въвеждането на силно иновативни решения в производството на нефт и газ.

Актуалните разработки в областта на индустриалния интернет на нещата (IIOT) позволяват реализирането на промени, които могат да доведат до намаляване на разходите в сектора и до увеличаване на възвръщаемостта на направените инвестиции. Благодарение на IIOT нефтената и газовата индустрия може да стане по-силна, издръжлива и устойчива.

В основата на IIOT тенденцията е обвързването на технологиите за свързаност, облак-базираните решения и техниките за анализ с цел опростяване на автоматизацията на процесите.

Високата динамичност на цената на суровия петрол все повече налага дигитализирането на нефтената и газовата индустрия. Възможностите за свързване на няколко платформи, управлявани дистанционно от един-единствен разположен на сушата център, или за осъществяване на мониторинг от разстояние на наземни и офшорни съоръжения може да намали значително необходимостта от провеждането на инспекции на място.

Големите масиви от данни и инструментите за анализ може да са новост за някои индустриални отрасли, но нефтената и газовата индустрия в продължение на много години обработва огромни обеми от информация с цел вземане на адекватни решения.

Като част от усилията по определянето на това какво се намира под земната повърхност и как то може да бъде извлечено, енергийните компании инвестират в сеизмичен софтуер, инструменти за визуализация и други дигитални технологии.

Все по-нарастващото приложение на устройства за повсеместни изчисления, достъпни сензори, които събират и предават данни, нови аналитични инструменти и усъвършенствани възможности за облачно съхранение отваря нови врати пред сектора.

Свързаност

Съгласно резултатите от проучвания през 2015 г. нефтената и газовата индустрия е изразходвала 3,5 млрд. USD за проекти, свързани с големи масиви данни. Прогнозите в тази област са за достигане на 31% годишен ръст до 2020 г.

От определящо значение за този ръст е това, че производителите на нефт могат да събират по-детайлни данни в реално време при понижени разходи и да реализират приходи от недостъпни досега зони. Чрез обвързването на данни от даден сондаж с данни от съседни кладенци например компаниите могат оптимално да адаптират стратегията си за добив.

С оборудването на все повече системи от физическата инфраструктура - захранващи, отоплителни, охлаждащи и вентилационни, с вградена интелигентност, все повече оперативни данни се пренасочват към облака и се анализират. По този начин се формира един много по-всеобхватен сензорен слой за събиране на данни.

Устройствата, изграждащи този слой (датчици, задвижващи механизми и контролери), поддържат работа с облака и могат да взаимодействат по прозрачен начин с IT бизнес системите.

В резултат на отворени стандарти и централизирано управление на данните IIOT позволява безпроблемна интеграция и работа с различни операционни системи за тръбопроводи например за симулация, прогнозиране и планиране, измерване и управление на активите.

IIOT повишава експлоатационната готовност на системите в нефтения и газовия сектор, предоставяйки точни и навременни данни, позволяващи подобрение в реакцията на различни работни условия.

Като част от IIOT еволюцията във все повече приложения от средния и горния сегмент на производствената верига се използват оптични влакна. Те предоставят широколентова комуникация и инфраструктура за SCADA системите и намират приложение в отчитането на налягане, температура и напрежението по продължение на подземни или подводни тръбопроводи или в сондажи.

При системите за разпределено акустично наблюдение (DAS) оптичните влакна се използват както като сензори, така и за телеметрия, събирайки огромно количество данни за картиране на въздействието на земетресения върху тръбопроводите.

Въпреки развитието на тенденциите в нефтената и газовата индустрия, фундаменталните за операторите в сектора принципи остават непроменени. Тръбопроводите трябва да са в експлоатация 24 часа в денонощието и 365 дни в годината.

Поради това ключовите изисквания за системите за управление на тръбопроводи и спомагателна инфраструктура включват безопасност, високо ниво на експлоатационната готовност и надеждност.

Комуникациите и технологиите за тръбопроводи за нефт и газ непрекъснато се развиват с цел да се отговори на нарастващия брой входни точки. Тази еволюция често е свързана с компромисни решения между обработката на повече данни за гарантиране на ефективни, оптимизирани и последователни процеси и по-високия риск от компрометиране на системната сигурност.

Съхранение и управление на данни

През 2015 г. нефтената и газовата индустрия е вложила 6 млрд. щатски долара за управление на данни, като прогнозата е до 2020 г. инвестициите в тази област да достигнат 21 млрд. щатски долара.

Съхранението на данни все повече се измества към облака, който представлява IIOT слоят, в който ERP, PLM и CRM системите се срещат със следващо поколение функции, включващи управление на активи, процеси и енергия.

В облака се съхраняват големите масиви от данни, събрани от интелигентните устройства във веригата на стойността на дейностите. Този слой допринася за ускоряване на ръста на приходите в резултат от инвестирането в IIOT.

Например чрез въвеждането на облак-базирани решения за управление на сондажи, оперативните спестявания могат да достигнат 50% през първата година и 30% в следващите години.

Облак-базираната прогнозна поддръжка предоставя друга възможност за по-добра организация на дейностите. Типично графиците за поддръжка на помпи включват подмяна на уплътненията на всеки две години, независимо дали това е необходимо, или не.

Чрез внедряването на облак-базирано решение, чийто алгоритъм предоставя прогнози за възникването на бъдещи неизправности, уплътненията могат да бъдат подменяни тогава, когато започнат да дават признаци за конкретен проблем. По този начин се ограничават излишните дейности по поддръжката.

Облакът позволява споделянето на информация в рамките на цялата верига на доставките, осигурявайки безпроблемни и ефективни процеси. Пряката обратна интеграция на критични данни предоставя на всички страни необходимата им информация, като се елиминира времеемкото въвеждане на ръка и възможността за допускане на грешки.

Използването на облачни технологии за свързване на съществуваща автоматизация в находищата помага в разпределението на източниците на данни, определянето на нивата на натрупване на данни и дефинирането на процесите, към които може да бъде приложена получената информация.

Данните от облак-базиран анализ позволяват затваряне на цикъла, включващ системите за автоматизация, доставчиците на услуги, операторите и всички други страни, участващи в добивната дейност.

Това дава възможност за внедряване на система, интегрираща управлението на сондажа например с функционалности за управление на помпи, производствен мониторинг, проследяване на неизправностите и др.

Тази система може да предостави насоки за стандартизацията на моделите за данни в полевите устройства и софтуерните платформи. Резултатът е високомащабируемо решение, позволяващо дистанционно и бързо внедряване с минимално конфигуриране на софтуера.

Анализиране на данните

Дигиталните приложения и услуги са от ключово значение за постигане на обещаните от IIOT бизнес показатели.

Събирането на данни трябва да бъде разширено и да включва и анализаторни инструменти, осигуряващи лесни за интерпретация данни, и предоставящи последователна и полезна информация.

Чрез обвързването на получените от анализаторните решения данни посредством облак-базирани архитектури може да се стигне до откриване на корелация или диференциране на необходимите инструменти на ниво процесен контрол.

Простите измервания, съчетани с по-сложните анализаторни системи, осигуряват на клиента добавена стойност.

Пултовете за управление, които съчетават анализираните данни от полевите дейности, използват контекстуална информация като събития в реално време, алармени сигнали и данни за отминали периоди, за да подпомогнат операторите във вземането на по-прецизни решения за разпределяне на ресурсите.

В ранните етапи на внедряване на IIOT приложенията с най-голяма полза от тези усъвършенствани анализаторни инструменти са оптимизацията на инсталационните процеси, управлението на активи, мониторингът на състоянието и др.

Прогнозните анализаторни инструменти за активи например обикновено са базирани на алгоритми за усъвършенствано разпознаване на образи и технологията за машинно самообучение.

Инструментът проучва уникалния експлоатационен профил на даден актив при натоварване и определени условия на околната и работната среда. Получените данни се въвеждат в софтуер за моделиране и се сравняват с експлоатационните данни в реално време за откриване на всякакви отклонения от очакваните работни характеристики и известяване на операторите при наличие на такива.

Киберсигурност

Свързването на системите за управление в нефтената и газовата индустрия към интернет позволява подобряване на ефективността чрез дистанционен мониторинг на процесите, прогнозна поддръжка и анализ на производствените данни например.

В същото време обаче това прави компаниите по-уязвими към кибератаки. Поради това облачните платформи и анализаторните инструменти трябва да бъдат проектирани с подходящите защитни слоеве за осигуряване на физическа и киберсигурност.

Въпреки че съществуват много решения за защита от кибератаки, две от тях са особено подходящи за индустрии, които работят със системи за управление на много нива като нефтената и газовата - това са системите за засичане на прониквания в мрежата (network intrusion detection systems, NIDS) и системите за динамично моделиране в крайни точки (Dynamic Endpoint Modeling, DEM).

NIDS следят за атаки от оторизирани потребители в рамките на мрежата и при засичане на пробив сигнализират анализаторите, отговарящи за сигурността. Някои от тези системи предлагат и защитна функционалност, позволяваща блокирането на аномалия, преди тя да е довела до щети.

DEM, от друга страна, е сравнително нова технология, която включва изучаването и моделирането на поведението на всички устройства в мрежата. При регистриране на промени спрямо зададената базова линия те подават сигнал за потенциално компрометиране на сигурността.