Процессы и технологии добычи нефти и газа постоянно эволюционируют, развиваются и связанные с ними производственные сферы. Требуется добывать все больше, чтобы удовлетворить промышленный спрос, причем не только для производства бензина или дизельного топлива, но и для создания синтетических материалов, которые необходимы современному человеку. Четыре из пяти окружающих нас предметов частично или полностью состоят из пластиков, получаемых на нефтехимических предприятиях.
Любые виды пластика — синтетические ткани, пластиковые окна, упаковочные материалы, водопроводные трубы, корпуса электронных устройств, медицинское оборудование и многое другое — это продукция нефтехимии. Спрос на перечисленные товары постоянно растет, а с ним растут потребности в объемах добычи нефти и газа.
Главное ограничение процесса поставки ресурсов на рынок — их непосредственная добыча. Чтобы месторождение могло дать максимальную отдачу ресурсов, необходимы современные и высокотехнологичные способы извлечения нефти и газа. Технологии позволяют поднять коэффициент извлечения нефти с типовых 30 до 70% и повысить дебеты новых скважин до 100–150 т в сутки, увеличив нефтеотдачу в соответствии с потребностями рынка.
Модернизируются и совершенствуются все области нефтегазовой промышленности: разведка и разработка месторождений, добыча и нефтепереработка. Затронуты и смежные области, включая промышленную безопасность, ремонты и обслуживание оборудования, логистику и транспортировку нефтепродуктов.
Наиболее заметные тренды последнего времени — интеграция в процессы нефтедобычи следующих технологий:
- Интернет вещей — сбор данных с датчиков в реальном времени для автоматической настройки технологических процессов.
- Максимальная роботизация процессов и исключение человеческого фактора.
- Виртуальная и дополненная реальность, 3D при выполнении обслуживания оборудования.
- 3D-печать необходимых элементов оборудования прямо на месторождении.
- Искусственный интеллект и машинное обучение для более скорого принятия решений в нештатных ситуациях на производстве.
- Совершенствование приборов измерения и каротажа (разновидность исследования скважин — «Хайтек») в процессе бурения.
- Моделирование пласта, процесса бурения и планирования многостадийного гидроразрыва пласта на основе больших данных.
- Переход на модульные буровые установки с максимальной автоматизацией и повышенной безопасностью, малошумностью и комфортом для персонала. Время перемещения такой установки сокращается с полутора-двух месяцев до одной недели.
- Видеоаналитика и техническое зрение для повышения эффективности работы.
- Взаимодействие подразделений нефтяных компаний, информационный обмен с контрагентами с использованием технологии блокчейн.
Наличие у предприятия в портфеле большего числа технологий дает существенное конкурентное преимущество. Компании получают возможность снижать себестоимость работ и предлагать услуги по более низким ценам, тем самым увеличая шансы на получение контракта.
Это только теория?
Нет, все крупные отраслевые игроки уже используют те или иные технологии из вышеперечисленных. Интересно то, что новинки внедряются не только на уровне ИТ-решений. Модернизируется вся нефтедобывающая сфера.
- Яркий пример — переход на технологию гидроразрывов пласта. Метод заключается в создании искусственных трещин, чтобы по ним газ или нефть, а также нефтесодержащие продукты быстрее продвигались к забою скважины. В итоге коэффициент нефтеотдачи пласта значительно повышается. Раньше технологию не применяли из-за высокой стоимости, теперь же используют все чаще как на давно разрабатываемых, так и на новых месторождениях.
- Установки, которые используются для бурения, становятся модульными — собираются как кубики конструктора LEGO, причем под специфические задачи можно создавать специфические решения, просто добавив или убрав определенный элемент. Модульность повышает оперативность, одновременно снижая экономические издержки при монтаже, а также при перемещении оборудования с места на место. Корректность работы оборудования буровых установок контролируется с использованием технологии LoRa, она стала особенно популярной за последние пять лет.
- Прорабатываются технологии 3D-печати, которая позволяет изготавливать запасные части, детали для агрегатов на удаленных площадках с минимальными затратами времени, не прибегая к дорогостоящей доставке. Конечно, у компаний на местах обычно есть определенные резервы запасных частей для оборудования, но иногда из строя выходят элементы, которых в резерве нет, и приходится останавливать работу всего комплекса, ожидая поступления запчастей. На доставку требуется время, прерывается производственный процесс, компания терпит убытки. Если деталь можно изготовить прямо на месте, простои сводятся к минимуму. Такую схему работы пока лишь тестируют в качестве «пилотов», но она уже используются в других сферах, включая космонавтику.
- Цифровые двойники месторождений становятся все более востребованными. Для создания такого «двойника» разрабатывается математическая модель скважины, оборудования и логистических схем. Анализируется общая ситуация, после чего создается экономическая модель, которая показывает, какие методы работы эффективны для конкретного месторождения, а какие нет. Актуализация данных в цифровых двойниках — одна из важнейших задач, которая решается технологиями интернета вещей.
- Для анализа данных активно используется машинное обучение. Оно позволяет оценивать потенциал новых месторождений — система с высокой степенью точности предскажет наличие запасов нефти и газа, вычисляя примерные объемы. В результате работа экспертов по анализу данных о месторождении может сократиться с шести месяцев до нескольких часов. Пока таких наработок немного и все они тестовые.
- Предиктивная аналитика, где используется машинное обучение, помогает прогнозировать режимы работы оборудования. На оборудование (к примеру, на трансформаторы, насосы, электродвигатели и запорную арматуру) устанавливаются датчики, постоянно собирающие данные и передающие их в центральную систему для обработки. После анализа система может определить, что электродвигатель при текущем уровне шума, нагрузке и вибрации через 20 часов выйдет из строя, поэтому необходимо принять меры, снизить нагрузку и запланировать обслуживание. Если раньше ремонтные бригады отправлялись на место для устранения остановки производства или аварии, вызванной выходом из строя электродвигателя, то сейчас технические специалисты могут прогнозировать возникновение проблем и минимизировать риски.
Популярный в России сценарий использования интернета вещей — мониторинг аппаратов воздушного охлаждения, используемых в нефтепереработке. Собранная датчиками информация анализируется и используется в предиктивной аналитике для предупреждения поломок охладительных систем.
Задача полной цифровизации нефтяной компании очень сложна, так как нужно организовать процессы сбора и информационного обмена достоверными и непротиворечивыми данными между добывающими, перерабатывающими и сбытовыми подразделениями, и желательно в режиме реального времени. А это тысячи подразделений и сотни тысяч сотрудников. Создание информационной модели взаимодействия подразделений обходится в значительные суммы, так что реализовать полностью проект цифрового месторождения порой накладно даже для крупных игроков. По статистике, уровень затрат на ИТ в нефтяных компаниях может достигать 1,5–3% прибыли, но и такие значительные финансовые возможности не гарантируют быстрой и успешной цифровизации.
Тем не менее, интересных кейсов, о которых нефтяные компании заявили как об успешных на рынке, хватает.
«Газпром нефть», RFID и блокчейн
В прошлом году «Газпром нефть» приняла участие в пилотном проекте по внедрению блокчейна и интернета вещей в логистике. На закупленную запорную арматуру были установлены радиочастотные метки и датчик спутникового позиционирования. Радиометки фиксировали перемещение арматуры с момента отгрузки в Великом Новгороде до базы хранения в Мурманске. Операторы получали такие данные, как скорость перемещения груза, количество и продолжительность остановок в пути.
Полученные с устройств данные зафиксировали смарт-контрактом при помощи блокчейн-технологий. Аналогичным образом передавалась информация о складских и транспортных операциях для грузов платформы «Приразломная» в Печорском море. Блокчейн обеспечил неразрывную связь физической поставки и всех сопровождающих процессов, включая документооборот.
«Сургутнефтегаз» и блокчейн
Компания «Сургутнефтегаз» совместно с РЖД и ОМК запустила пилотный проект по использованию блокчейна. Технология применяется для мониторинга перемещения груза — металлических труб от входящего в ОМК Выксунского металлургического завода. Решение распределенного реестра отмечает все этапы процесса, включая отгрузку труб с завода, их транспортировку, прием товара и распределение, выявление дефектных элементов. Если брак выявлен, товар отправляется обратно.
Затем все данные передаются в облако. Как только партия труб готова, производитель отмечает свою готовность к отгрузке. Задействуют составы РЖД, транспортная компания сигнализирует, что товар находится в пути. После доставки в облако отправляется подробная информация о процессе, а также сертификаты продукции.
Технологическое решение включает SAP Leonardo и SAP Cloud Platform Blockchain, пользовательский интерфейс — SAP Fiori. По словам представителей проекта, вариант на блокчейне экономически превосходит другие предложения.
«Роснефть», «Газпром», «Транснефть» и беспилотники
Крупнейшие нефтегазовые компании России стали применять беспилотные воздушные суда, изготовленные концерном Калашникова, для мониторинга трубопроводных систем. Их запустили «Роснефть», «Газпром нефть», «Газпром», ЛУКОЙЛ, «Татнефть» и «Транснефть». География мониторинга обширна: Махачкала, Сургут, Ставрополь, Краснодар, Саратов и Волгоград, а также Майское, Правдинское и Юганское месторождения.
Беспилотники оснащаются тепловизорами и системой навигации, что позволяет устройствам оценивать местоположение трубы и в случае смещения отправлять на проблемный участок команду техников. Кроме того, они успешно определяют незаконные врезки в трубопровод и повреждения труб, из-за которых происходят утечки. Ежемесячно беспилотники Калашникова проверяют нитки трубопроводов протяженностью от 9,5 тыс. до 11,5 тыс. км.
Кроме названных БПЛА в России применяются беспилотные комплексы ZALA-Т. По оценкам специалистов, использование беспилотных аппаратов дает возможность снижать затраты на проведение эксплуатационных работ примерно на 85%.
«Газпром» использует беспилотные аппараты и для обследования потенциально нефтеносных участков. Компания применяет БПЛА для измерения характеристик магнитных полей определенных локаций. Если сравнить затраты ресурсов на такие исследования, выполняемые традиционными методами, то аппараты требуют примерно в три-четыре раза меньше — и времени, и денег.
British Petroleum и интернет вещей
BP активно использует IoT для мониторинга состояний своих скважин. Еще в 2015 году компания подключила 650 нефтедобывающих скважин к сети. На каждой скважине установлено по 30 сенсоров, измеряющих множество параметров, включая давление и температуру.
Затем платформы подключили к облачному IoT-сервису Predix от GE, позволяющему выполнять анализ информации и не только отслеживать текущие параметры скважины и добывающей нефть и газ платформы в целом, но и моделировать события ближайшего будущего.
Интернет вещей активно применяют и другие компании, включая российские. В первую очередь, для контроля за зонами и объектами повышенной опасности, контроля наличия средств индивидуальной защиты у персонала и быстрого реагирования в случае несчастных случаев. В этом случае функционал IoT мало чем отличается от аналогичных решений в любой другой сфере — спецодежда персонала и техника оснащается UWB-анкерами, которые взаимодействуют с системой с помощью сети LoRa. В результате снижается число чрезвычайных происшествий на предприятиях — например, исключается наезд спецтехники на людей, реже происходит повреждение оборудования и материалов.
Saudi Aramco и предиктивная аналитика
Крупнейшая нефтяная компания мира по показателю добычи нефти и размеру нефтяных запасов Saudi Aramco запустила проект по внедрению технологического решения в процессы добычи нефти и газа. При обходе участков операторы получают информацию о действиях в текущей локации, включая сигналы о проблемах, которые требуют реагирования сейчас или потребуют решения в ближайшем будущем. Таким образом, у операторов нет необходимости обследовать все скважины, достаточно контролировать лишь те, предупреждающая информация о которых поступает на планшет.
Стоит отметить, что этот процесс возможен лишь при объединении ряда технологий — интернета вещей, цифровых двойников, моделирования и беспроводных сетей.
Shell и роботы
Shell, один из мировых лидеров энергетического сектора, несколько лет назад начал использовать роботов на своих месторождениях. Система получила название Sensabot, она представляет из себя удаленно контролируемых роботов, способных функционировать в локациях, опасных для человека: например, при высоких температурах или загазованности. Роботы Sensabot решают задачи до шести месяцев без необходимости проведения сервисного обслуживания.
Операторы подключаются к камерам роботов, чтобы видеть происходящее. Все данные передаются по скоростной беспроводной сети 4G. Сейчас корпорация Shell планирует расширять функциональность роботов, чтобы их можно было использовать не только на месторождениях, но и в производственных помещениях.
Chevron и аудио-/видеоаналитика
Компания Chevron использует систему раннего обнаружения утечек из нефтепроводов и газопроводов. Основа разработки — анализ акустических сигналов и видеопотока. Система, получившая название Catalyst Program, включает и такой важный элемент, как искусственный интеллект с возможностью самообучения.
Анализируя поступающую с трубопровода информацию, вычислительный центр Catalyst определяет наличие небольших утечек, грозящих превратиться в крупную аварию. Благодаря раннему обнаружению проблем их можно значительно быстрее ликвидировать.
Что дает отрасли цифровизация и роботизация?
Использование технологических решений в работе позволяет «оцифрованным» компаниям из нефтегазового сектора значительно повышать показатели добычи. Одновременно снижается количество практически любых типов аварийных инцидентов (утечек, выбросов, травм сотрудников). Растет и эффективность операционной деятельности компаний, что можно наблюдать по положительному изменению практически всех ключевых бизнес-показателей.
По мнению экспертов, масштабное внедрение современных технологий в нефтегазовую отрасль может увеличить прирост общемировой добычи нефти и газа примерно до 30%. Оценочно, при работе с новыми технологиями и методами можно увеличить показатель эффективности освоения месторождений на 5–7%, в то же время сократив затраты на извлечение нефти из месторождения до 25%, включая экономию энергоресурсов.
Основной тренд на ближайшие несколько лет — максимальное исключение человека из технологических процессов. Роботизация коснется как отдельных агрегатов, так и промышленных участков в целом. Например, изучение потенциально нефтегазоносных регионов или процесс бурения скважин станет максимально автоматизированным с организацией удаленного контроля. Еще один важный момент — повышение контроля за влиянием всей нефтегазовой отрасли на окружающую среду. Вмешательство человека и его влияние на природу при разведке месторождений, добыче и переработке нефти должно быть сведено к минимуму за счет оперативного контроля экологической ситуации, что невозможно без реализации комплексных IoT-решений.
Современные решения будут эффективны лишь при существенной модернизации не только технологических, но и бизнес-процессов нефтяных компаний. Максимальный эффект может обеспечить трансформация всей нефтегазовой индустрии на основе корректировки законодательной и регламентной базы, введения новых стандартов на использование IoT-решений и контроля технологических процессов. Вариант, когда каждая нефтяная компания будет проходить свой путь проб и ошибок с частичной цифровизацией отдельных бизнес-процессов, долог и экономически неэффективен. Цифровизация даст возможность консолидировать лучшие практики по современным технологиям добычи и переработки нефти и газа, объединить усилия компаний по реализации новых технологий, подготовить квалифицированный персонал и повысить конкурентные преимущества российских компаний на мировом рынке.