«Индустрия 4.0»
Понятие цифровизация, или «Индустрия 4.0», появилось в 2011 году на международной промышленной выставке в Ганновере. Оно представляет собой переход на автоматизированное цифровое производство, управляемое интеллектуальными системами в режиме реального времени. Процесс соединяет предприятия с возможностью объединения в глобальный промышленный интернет. Крупные международные нефтегазовые компании занимаются развитием этой индустрии. Работа ведётся, прежде всего, в направлениях разведки и добычи нефти и газа.
Развитие цифровизации в отрасли, связанной с добычей углеводородов, подразумевает работу с большими объемами данных (англ. big data) с использованием инструментов и методов организации, хранения и обработки огромных массивов информации. Они применяются, например, на нефтяных платформах, работающих на морском шельфе. Такие объекты имеют 80 тыс. сенсорных датчиков, которые генерируют 15 млн гигабайт (Гб) данных на протяжении всего периода работы платформы от 20 до 25 лет. Информацию, получаемую с объекта, систематизируют, проводят анализ и на этой основе делают прогноз.
Для сравнения, размер данных на большом андронном коллайдере, построенном в Швейцарии около Женевы, достигает 4 млн Гб в год.
Искусственный интеллект
Для отраслей топливно-энергетического комплекса разрабатываются новые решения в сфере искусственного интеллекта (англ. artificial intelligence). В нефтегазовой отрасли совершенствуется система объединенных компьютерных сетей и подключенных физических объектов со встроенными датчиками и программным обеспечением для сбора и обмена данными, с возможностью удаленного контроля и управления в автоматизированном режиме.
Роботы помогают автоматизировать процессы, решать опасные производственные задачи, например, в ходе строительства или ремонта подвод-ных скважин. Развитие векторных вычислений стимулирует применение и интерпретацию 3D-сейсмики — технологии поиска углеводородных запасов. Для разработки проектов и схем обустройства месторождений нефти и газа используется метод 3D-печати. Он также применяется для создания насосов и негабаритного оборудования. Развивается направление виртуальной и дополненной реальности (англ. virtual reality).
И, наконец, системы распределенного реестра (англ. blockchain). Это децентрализованное приложение общего пользования, которое позволяет вести учет и обеспечивает безопасность системы.
«Цифровые двойники»
В последние годы в нефтегазовой отрасли активно развиваются технологии удаленного управления скважинами, повышающие точность моделирования геологии и гидродинамики. В результате объединения этих направлений появились «цифровые двойники» или «интеллектуальные месторождения» (англ. smart fields). Основной элемент системы — «умные скважины».
Принцип работы «интеллектуальных месторождений» заключается в объединении технологий измерения, контроля и управления в реальном времени, формировании непрерывного информационного потока, позволяющего оперативно реагировать на ситуацию и принимать оптимальные решения.
«Цифровыми двойниками» могут быть как модели месторождений и скважин, так и оборудование или элементы инфраструктуры. Технология «интеллектуального месторождения» объединяет в целостную систему различные датчики, сенсоры, мобильные устройства, дроны, роботы для анализа и управления добычей углеводородов из диспетчерского центра в режиме реального времени. Компоненты «интеллектуальных скважин» и элементы системы «интеллектуальных месторождений» могут различаться в зависимости от специфики. Поэтому нефтедобывающие компании внедряют те элементы цифровых технологий, которые более всего соответствуют параметрам разрабатываемого месторождения.
Внедрение в производство «интеллектуальных месторождений» и «умных скважин», по данным компании «Выгон Консалтинг», позволяет повысить коэффициент извлечения нефти на 5–10% и снизить операционные затраты на 10%, капитальные — до 50%.
Первопроходцы новых технологий
В начале нынешнего века это направление стали развивать англо-голландский концерн Shell и британская BP. Совместно с английской компанией Silicon Microgravity, занимающейся созданием инновационных технологий, ВР разрабатывает высокочувствительные датчики, позволяющие на основе анализа данных контролировать параметры разработки пласта. Положительный эффект составляет 2% увеличения дебита и 5% сокращения времени простоев и затрат на бурение.
В 2017 году BP приобрела компанию Beyond Limits, которая адаптирует технологии разведки дальнего космоса NASA для последующего использования в нефтегазовой отрасли в сегменте «разведка и добыча».
В 2004 году в Shell запустили программу «умные месторождения», которая непрерывно собирает информацию о ситуации на забое, проводит её анализ и на основе полученных данных корректирует режимы работы.
Опыт Shell свидетельствует о том, что «умное месторождение» позволяет увеличить коэффициент извлечения нефти на 10%. В условиях нынешних низких цен на нефть такие технологии становятся особенно востребованными, поэтому все ведущие компании увеличивают инвестиции в цифровые решения.
Shell разрабатывает алгоритмы машинного обучения при проведении сейсмической разведки для автоматического обнаружения и классификации геологических структур на сухопутных и морских нефтегазовых месторождениях.
В 2016 году англо-голландский нефтегазовый концерн перевел на управление скважинами в режиме реального времени практически весь свой фонд — 20 тыс. скважин. К этому уровню пришла и BP. Цифровые устройства контроля и притока также используются на 100% скважин в Норвегии, в Саудовской Аравии — на половине скважин страны.
Американская компания Chevron активно развивает графические процессоры визуализации сейсмических данных и создания трехмерных моделей месторождений с целью определения наиболее подходящих мест для бурения. Компания на 30% повысила добычу углеводородов, использовав искусственный интеллект для определения лучшего места бурения, на основе полученных со скважин данных.
Цифровизация снижает себестоимость
Американо-канадско-индийская компания Seven Lakes Technologies, занимающаяся программным обеспечением для нефтяного и газового секторов, разработала решение Field Data-Gathering Workflow solution. Эта технология интерпретирует данные, полученные с нефтяного месторождения, в режиме онлайн. Персонал месторождения оснащён мобильными устройствами, на которые со скважин поступают результаты анализа данных. Это позволяет быстро реагировать на все изменения в скважинах и пласте. Использование этой технологии увеличивает нефтедобычу на 2%, снижая её потери, а также позволяет сократить время простоя насосного оборудования на 50%.
Исследование, проведенное консалтинговой компанией Accenture, головной офис которой расположен в Нью-Йорке, показало, что 36% опрошенных нефтегазовых компаний уже инвестируют в технологии big data и основанную на ней аналитику. Развитие искусственного интеллекта финансируют 16% респондентов этого опроса. В скором будущем 23% нефтегазовых компаний, из числа опрошенных, планируют выделять бюджет на такие разработки.
Развитие цифровых технологий оказывает влияние на увеличение извлекаемых традиционных углеводородов, а их себестоимость при этом снижается, что, в свою очередь, влияет на сокращение доли дорогостоящих проектов. Согласно оценкам ВР, благодаря развитию цифровых технологий, извлекаемые запасы могут вырасти на 35%, а себестоимость снизится на 25%.
Отраслевые эксперты прогнозируют, что активное внедрение интеллектуальных решений в ТЭК значительно повлияет на нефтедобычу. Согласно оценке BP, технологии интерпретации данных позволят увеличить добычу на 10%, а затраты снизить на 4%. Эффект от применения других цифровых технологий составит +4% к добыче и –13% к затратам. Технически извлекаемые запасы нефти и газа могут вырасти на 30%, до 7,3 трлн барр. к 2050 году, а общая себестоимость добычи снизится на 30%.
Неизбежный выбор
По данным компании Rystad Energy, занимающейся нефтегазовой аналитикой, штаб-квартира которой находится в Осло, на протяжении последних 5 лет внедрение новых нецифровых технологий в сфере операционных решений, в частности, технологии кустового бурения нескольких скважин, позволило отрасли снизить среднее время бурения в шельфовых условиях с 35 дней в 2012 году до 15 дней в 2018 году. Однако, как отмечают эксперты управления по энергетической информации США (EIA), эффект от их внедрения постепенно сходит на нет, уступая место более продвинутым — цифровым технологиям. Снижение эффективности проявляется в прекращении дальнейшего снижения затраченного на бурение времени и замедлении стабилизации объемов добычи нефти из новых скважин на одну буровую установку на шельфовых месторождениях.
Корпорация Apache установила цифровые блоки интеграции данных на 21 буровой площадке в Северной Америке, что позволяет ей проводить мониторинг и анализ данных из систем контроля бурения. Американская компания Noble и предприятие группы GE Baker Hughes (BHGE) стремятся на 20% снизить расходы на шельфовое бурение. Им предстоит объединить свои усилия на цифровом поприще.
Сейсмическое моделирование
Одним из наиболее перспективных направлений цифровых решений является геологоразведка и интерпретация данных, где сосредоточены самые большие риски для нефтегазодобывающих компаний. Для исследования и оценки залежей углеводородов, находящихся в толще пород, применяется сейсмическое моделирование. Оно проводится на позднем этапе анализа и визуализации данных в рамках модели цифровой трансформации.
Нефтегазовая отрасль добилась успеха в сфере визуализации, разработав 3D-системы интерпретации, способные осуществлять скоростное геологическое моделирование, структурную интерпретацию, а также углубленное моделирование.
Лидирующие позиции сейсмического моделирования связаны с тем, что в этом процессе используется высокопроизводительная вычислительная техника. Она позволяет проводить анализ геолого-геофизических данных, поступающих от тысяч скважин, в течение нескольких секунд. В частности, американская ExxonMobil использует метод сейсмического моделирования для прогнозирования распределения разрывов пласта в коллекторах с малой проницаемостью, позволяя увеличить нефтяной поток и оптимизировать размещение скважин.
Фактор разрозненных данных
В рамках модели цифровой трансформации эксплуатационное бурение находится на начальной стадии интеграции данных, поскольку большинство используемых аналитических платформ не способно собрать и стандартизировать информацию по взаимодействию с поставщиками. Проблема с интеграцией данных, по оценке Deloitte, связана с тем, что программное обеспечение и технологии более чем трёхсот компаний нефтесервиса, обслуживающих месторождения, имеют различные цели, при этом не существует единого формата стандартизации данных.
В сложившейся ситуации, как отмечают эксперты американской нефтегазовой корпорации Apache, появляются миллионы гигабайт неэффективно используемых данных. Это проявляется в том, что невозможно обеспечить обмен данными между всеми сторонами, начиная с системы управления буровой установкой и заканчивая передачей цифровых данных сторонним поставщикам. В этой связи решение проблем разрозненности данных с помощью цифровых технологий является основным фактором, влияющим на эффективность операционной деятельности в эксплуатационном бурении и на снижение расходов.
Стимулирование цифровой трансформации
Цифровые технологии являются фактором перспективного ускорения технологического развития нефтегазовой отрасли за счет появления новых решений в отрасли. Стимулирование цифровой трансформации экономики, промышленности и общества осуществляется во многих странах мира. Например, лидер рейтинга IMD Digital Competitiveness Index — Сингапур с восьмидесятых годов прошлого века реализует программы поддержки в разных областях экономики, в том числе и в нефтедобывающей.
В Норвегии в 2001 году была принята технологическая стратегия нефтегазовой отрасли (Oil and Gas in the 21st Century). Среди ключевых приоритетов программы обозначено развитие технологий и цифровизации.
В Германии с 2014 года действует хайтек стратегия до 2020 года «Инновации для Германии». Одним из пяти ее направлений декларируется «Индустрия 4.0» — цифровая трансформация промышленности и ТЭКа.
В Китае с 2015 года действует программа «Сделано в Китае 2025», которая предполагает модернизацию экономики Поднебесной в соответствии с концепцией «Индустрии 4.0». В программе обозначено достижение 40% доли производства всех компонентов и сырья для промышленности в Китае к 2020 году и 70% к 2025 году.
В нашей стране в 2017 году была утверждена программа «Цифровая экономика РФ», которая также касается развития этого направления в нефтегазовой отрасли.
