نرم افزارهای صنعت نفت

با توجه به نقش روزافزون نرم افزارها در بسیاری از فعالیت های صنعت نفت و گاز, در چندین شماره ی پیاپی از ویژه نامه ی ICT و نفت روزنامه فناوران, به معرفی نرم افزارهای صنعت نفت خواهیم پرداخت

با توجه به نقش روزافزون نرم‌افزارها در بسیاری از فعالیت‌های صنعت نفت و گاز، در چندین شماره‌ی پیاپی از ویژه‌نامه‌ی ICT و نفت روزنامه فناوران، به معرفی نرم‌افزارهای صنعت نفت خواهیم پرداخت.

عمدتاً شرکت‌های تولید‌کنند‌ه‌ی نرم‌افزار در زمینه‌ی نفت‌ و گاز، خود دسته‌بندی‌هایی از تولیداتشان ارایه کرده‌اند که چندان بر دسته‌بندی فعالیت‌های این صنعت منطبق نیست. زیرا ممکن است یک بسته‌ی ‌نرم‌افزاری در چند فعالیت از صنعت نفت‌ و گاز کاربرد داشته باشد یا دقیقاً در دسته‌بندی فعالیت‌های بالادستی یا پایین‌دستی قرار نگیرد. به علت حفظ انسجام مطالب و بررسی کاربرد نرم‌افزارها در فعالیت‌های این صنعت، در این سلسله مقالات بدون در نظر گرفتن دسته‌بندی‌های شرکت‌های تولید‌کننده‌ی نرم‌افزار‌های نفتی، نرم‌افزارها و امکانات نرم‌افزاری در قالب دسته‌بندی اصلی صنعت (بالادستی، پایین‌دستی و سایر) ارایه می‌شوند. در این شماره مروری کلی بر نرم‌افزارهای نفتی خواهیم داشت. معرفی تفکیکی نرم‌افزارهای فعالیت‌های بالادستی و پایین‌دستی را می‌توانید در شماره‌های آینده فناوران بخوانید.

این مقاله برگرفته از گزارش مرکز صنایع نوین با عنوان اولویت‌های تولید نرم‌افزار در صنعت نفت است.

همانند آنچه در سایر گروه‌های صنعتی دیده می‌شود نرم‌افزارهای نفتی عموماً «شبیه‌سازی» (طراحی، شبیه‌سازی، مدل‌سازی، محاسباتی و ...) فعالیت‌های مربوط را بر عهده دارند. از این رو امکانات آن‌ها در چارچوب نرم‌افزارهای شبیه‌سازی قابل بررسی است.

فعالیت‌های صنعت نفت عموماً دارای دانش فنی‌ای هستند که به کمک آن علت وقوع یافتن پدیده‌های مختلف در هر فعالیت و در حین تولید ماده یا محصول قابل تفسیر است. در این میان، نرم‌افزارهای بسیار پیشرفته‌ی مهندسی با بهره‌گیری از این دانش فنی می‌توانند فرآیندهای‌‌ مذکور را به صورت مجازی نمایش داده و خصوصیات فرآیند و محصولات آن را قبل از تولید پیش‌بینی کنند و این مهم‌ترین کاربرد نرم‌افزار در این صنعت است. این نرم‌افزارها کمک می‌کنند که با پرهیز از روش‌های سنتی سعی‌وخطا، بدون انجام فعالیت‌های مربوطه (برای مثال لوله‌کشی)، به صورت مجازی فعالیت مربوطه طراحی شده و با کنترل مراحل انجام آن فعالیت به صورت مجازی (در کامپیوتر)، از صحت فعالیت‌‌ مطمئن شد و سپس طرح نهایی را به اجرا درآورد تا با حداقل تلفات و ضایعات، فعالیت مورد نظر انجام شده یا محصول مورد نظر تولید شود و در نتیجه فعالیت‌ها و تولیدات به صورت استاندارد و ارزان صورت گیرد. این ویژگی باعث می‌شود‌ که نرم‌افزارها بسیار کاربردی، مهم و گران‌قیمت باشند.

۱) نرم‌افزارهای بالادستی

معمولاً نرم‌افزارهای بالادستی در چند زمینه از فعالیت‌های بالادستی کاربرد دارند. به عبارت دیگر، ترکیبی از فعالیت‌های بالادستی ممکن است در یک نرم‌افزار قرار گیرد. این نرم‌افزارها به صورت بسته‌های مجزای قابل ترکیب‌شدن ارایه می‌شوند و کاربر بر اساس نیاز خود می‌تواند برخی از این واحدها را درخواست کند. نرم‌افزارهای بالادستی خارجی به صورت مجوز (عموماً یک‌ساله) در اختیار مشتریان قرار می‌گیرد. با توجه به حیطه متفاوت و متغیری که توسط این نرم‌افزارها پوشش داده می‌شود قیمت آن‌ها بسیار متفاوت و متغیر است.

برای نمونه به کاربرد نرم‌افزار در برخی از فعالیت‌های بالادستی اشاره می‌شود:

نرم‌افزارهای ژئواستاتیستیک اطلاعات بسیاری را از مشخصات سنگ و سیال چاه‌های اکتشافی برای بخش‌های مختلف حفر شده داشته و برای تعیین خواص سایر چاه‌ها از روش‌های آماری استفاده می‌کند. این نوع نرم‌افزارها در داخل نرم‌افزارهای پتروفیزیک یا زمین‌شناسی قرار می‌گیرند.

نرم‌افزارهای پتروفیزیک بر اساس اطلاعات بسیار زیاد مشخصات زمین و چاه، فرمول‌ها و مدل‌سازی آماری به همراه بخش‌های گرافیکی مدل‌ سه‌بعدی چاه‌ها را تعیین می‌کنند. نرم‌افزارهای پتروفیزیکی در تمام شرکت‌های نفتی دنیا استفاده بسیار دارد.

نرم‌افزارهای لرزه‌نگاری از جمله نرم‌افزارهای ژئوفیزیک، امواج بازتابی شده از چاه را دریافت و تفسیر کرده و ساختار زمین‌شناسی شامل لایه‌ها، ضخامت لایه‌ها، انحنا‌ها یا شکست را مدل‌سازی می‌کند. نرم‌افزارهای زمین‌شناسی در طیف بسیاری از زمینه‌ها کاربرد دارند.

نرم‌افزارهای حفاری معمولاً مستقل بوده و قیمت اجاره‌ی سالانه آن‌ها ۳۰۰ تا ۴۰۰ هزار دلار است. نرم‌افزارهای حفاری نقش یک بانک اطلاعاتی پیشرفته را بازی می‌کنند. طراحی و پیاده‌سازی آن‌ها معمولاً به اندازه نرم‌افزارهای مرتبط با مهندسی مخازن پیچیده نبوده و زمان‌بر نیست.

نرم‌افزارهای شبیه‌سازی به اطلاعات داخل بانک اطلاعاتی خود بسیار وابسته هستند و این اطلاعات ارزش واقعی آن‌ها است. شبیه‌سازی‌های مخزن بر اساس داده‌های مربوطه صورت می‌گیرد. حدود قیمت اجاره‌ی یک‌ساله نرم‌افزارهای شبیه‌سازی بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ هزار دلار است.

۲) نرم‌افزارهای پایین‌دستی

این نرم‌افزارها عمده‌ی فعالیت‌های پایین‌دستی را از طراحی پایه تا طراحی تفصیلی فرآیندها انجام می‌دهند. برای انجام فعالیت‌های طراحی پایه تا پیاده‌سازی یعنی طراحی اولیه، امکان‌سنجی و مطالعات ترمودینامیکی، طراحی تجهیزات و تعیین ابعاد و مختصات آن‌ها، طراحی کامل جزییات، شبیه‌سازی فرآیندها، انجام مطالعات موردی و بهینه‌سازی، Rating دستگاه‌ها و ... نرم‌افزارها در سه لایه قرار می‌گیرند:

▪ نرم‌افزارهای پایه: که دارای داده‌ها، اطلاعات و مدل‌های پایه هستند.

▪ نرم‌افزارهای عملیاتی مشترک: که دارای معادلات و مدل‌های مشترک و معمول بین فرآیندها است.

▪ نرم‌افزارهای خاص فرآیندی: که از دو لایه‌ی قبلی استفاده کرده و فرآیند‌های مربوط (مثلاً انتقال مایعات) را شبیه‌سازی می‌کنند.

به عنوان مثال بانک اطلاعاتی مواد کتابخانه‌ای شامل اطلاعات خواص مواد بوده و می‌تواند به عنوان نرم‌افزار پایه (یک بانک اطلاعاتی) برای سایر نرم‌افزارها مورد استفاده قرار گیرد. نرم‌افزارهای بسته‌های اختصاصی مواد (معادلات حالت) مجموعه‌ای از معادلات و مدل‌ها است که می‌تواند مواد خالص و مخلوط (ترکیبی) را شبیه‌سازی کند. برخی مدل‌ها دارای یک مجموعه‌ی وسیع از داده‌های آماری است که برای هر نیاز خاص تهیه می‌شود. هر چه میزان این اطلاعات بیشتر باشد مدل مربوط دقیق‌تر کار خواهد کرد. بنابراین میزان داده‌های ‌‌آن‌ها بسیار مهم است. عموماً معادلات حالت در داخل واحد‌های نرم‌افزاری و همراه با سایر نرم‌افزارهای مربوط ارایه می‌شود. در مدل‌سازی واکنش‌ها نیز ساختار و قالب‌های اطلاعات پایه در اختیار کاربر قرار می‌گیرد و کاربر با پر کردن آن‌ها و اعمال مدل‌های مربوط به نتایج مورد نظر خواهد رسید. آنچه در نرم‌افزارهای پایین‌دستی مهم بوده و ارزش اصلی آن‌ها محسوب می‌شود اطلاعات موجود در بانک‌های اطلاعاتی، فرمول‌ها و معادلات آن‌ها و معادلات تجربی است که توسط کاربر وارد می‌شود. هزینه‌ی تولید نرم‌افزارهای پایه برای تولید یک بانک اطلاعاتی کامل از مواد کتابخانه‌ای و مدل‌های تکمیلی بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیون تومان است.

نرم‌افزارهای لایه‌ی اول و دوم پایین‌دستی، به عنوان امکانات اولیه‌ی سایر نرم‌افزارها محسوب می‌شوند و به همین دلیل معمولاً به عنوان یک محصول مستقل به فروش نمی‌روند. برای ساخت یک نرم‌افزار جهت شبیه‌سازی یک فرآیند خاص در بخش پایین‌دستی صنعت نفت، نیاز است که در ابتدا ابزارهای پیش‌نیاز آن (لایه اول و دوم نرم‌افزاری) به طور کامل تهیه شده باشد.

۳) سایر موارد

در تقسیم‌بندی فعالیت‌های نفتی، علاوه بر بخش‌های بالادستی و پایین‌دستی، به فعالیت‌های دیگری نیز تحت نام «سایر موارد» اشاره می‌شود که شامل کنترل فرآیند، ایمنی، طراحی، بهینه‌سازی، توسعه‌ی فرآیند یا واحد، مدل‌سازی کامپیوتری، تحلیل خطر، ارزیابی اقتصادی، بهداشت و ایمنی و محیط زیست است. نرم‌افزارهایی که در این بخش‌ها دیده می‌شود توسط مشاوران داخلی برای انجام فعالیت‌های خاص در یک پروژه یا کارهای داخلی طراحی و پیاده‌سازی می‌شوند. هزینه‌ی تولید نرم‌افزارهایی مانند کنترل و مدیریت فرآیندها، تحلیل مخاطرات، ارزیابی اقتصادی و بهینه‌سازی بین ۵۰ تا ۱۵۰ میلیون تومان برآورد می‌شود.

به کاربرد نرم‌افزار در برخی از این فعالیت‌های اشاره می‌شود:

نرم‌افزارهای تخمین هزینه و ارزیابی اقتصادی برای برآورد هزینه‌ی سرمایه‌گذاری پروژه‌های مختلف با توجه به میزان دقت مورد انتظار، سه مرحله‌ی برآورد در نظر گرفته می‌شود. در مرحله‌ی اول هزینه‌ی سرمایه‌گذاری طرح‌ها با استفاده از تعاریف مهندسی اولیه و بر مبنای دبی و خواص سیال بدون در نظر گرفتن فهرست تجهیزات مورد نیاز در طرح برآورد می‌شود. معمولاً از این مرحله‌ی تخمین فقط به ‌منظور قیاس اولیه هزینه‌ی سرمایه‌گذاری در چندین طرح استفاده می‌شود. در مرحله‌ی دوم هزینه‌ی مورد نیاز طرح بر مبنای فهرست تجهیزات مورد نیاز و در نظر گرفتن فاکتورهایی برای هزینه‌ی مربوط به Bulk و هزینه‌های غیرمستقیم برآورد می‌شود. هزینه‌ی مربوط به تجهیزات بر اساس پروژه‌های مشابه پیشین، بانک اطلاعاتی و منحنی‌های موجود محاسبه می‌شود. برآورد این سطح معمولاً دارای دقتی در حد ۳۵%+ ۱۵%- است. در مرحله‌ی سوم هزینه‌ی مورد نیاز طرح بر مبنای فهرست تجهیزات مورد نیاز، در نظر گرفتن MTO برای محاسبه‌ی هزینه مربوط به Bulk و فاکتورهایی برای محاسبه‌ی هزینه غیرمستقیم برآورد می‌شود. هزینه‌ی تجهیزات با استفاده از بانک اطلاعاتی و بودجه‌ی استعلامی برآورد می‌شود. در واقع برآورد مرحله‌ی سوم، اصلاح شده برآورد مرحله‌ی دوم بوده و برای شرکت در مناقصه مورد استفاده قرار می‌گیرد. برآورد این سطح معمولاً دارای دقتی در حد ۲۰%+ / ۱۰%- است.

ارزیابی سوددهی یک سرمایه‌گذاری، ارزیابی ارزشی است که می‌تواند به وسیله‌ی یک پروژه ایجاد شود و برآورد بازده بالقوه‌ای است که سرمایه‌گذاری انجام شده می‌تواند در برداشته باشد. ورودی‌های ارزیابی اقتصادی، مشخصه‌های اقتصادی و حالات مختلف تامین مالی پروژه از قسمت‌های اصلی برای برآورد اقتصادی یک پروژه است و ما را قادر می‌سازد بهینه‌ترین انتخاب را از بین چند انتخاب (پروژه‌های مختلف یا سناریو‌های مختلف تعریف شده برای یک یا انتخاب بهترین روش تامین مالی پروژه) انجام دهیم. از جمله نرم‌افزارهای این گروه می‌توان به QUE با قیمت حدود ۷۰ هزار دلار و نرم‌افزار HYSYS.ConceptualDesign اشاره کرد.

کنترل و مدیریت فرآیندها یکی از نیازهای مهم در مقدمه‌ی فرآیندهای نفت، گاز و پتروشیمی است که نرم­افزارهای مختلفی مثل Visual Flow, HYSYS Process, CHEMCAD, ASPEN و ... واحدهای خاصی را به آن اختصاص داده­اند که به کمک آن­ها می‌توان فرآیندهای مختلف را کنترل و مدیریت کرد و حالت­های مختلف را مورد مطالعه قرار داد.

یکی از مقوله­های بسیار مهم در فرآیندهای بالادستی و پایین‌دستی نفت و گاز تحلیل مخاطرات است. بررسی ایمنی فرآیندها و تحلیل مخاطراتی که در قسمت­های مختلف ممکن است وجود داشته باشد بسیار تابع نوع فرآیند، مواد به کار رفته در آن و شرایط عملیاتی است. بدین ترتیب تحلیل پارامترهای مختلف مربوط به این موارد در نرم­افزارها پیش­بینی شده است.

از جمله نرم­افزارهای تحلیل مخاطرات می­توان به Aspen Dynamics، RiskSafeTM، PHA-Pro®، Aspen،HAZOP Manager ، TASCTM و Aspen Hetran® اشاره کرد.

بهینه­سازی عملکرد واحدهای موجود و طراحی واحدهای جدید به منظور کاهش مصرف انرژی و افزایش بهره­وری و کیفیت و کمیت محصول امری ضروری است که ماهیت آن تحلیل پارامترهای مختلف با محاسبات ریاضی برای بهینه­سازی است. نرم­افزارهای مختلفی از جمله Design II، HTFS، Hx-Net، Hysim، HYSYS.Process، PRO/II، Aspen به این موضوع می‌پردازند.