ВЛАДИМИР ЕВГЕНЬЕВИЧ СТОЛЯРОВ
ФГБУН Институт проблем нефти и газа РАН
В период ценовой и политической конкуренции на мировом энергетическом рынке перед нефтегазодобывающими компаниями России ставится задача переосмысления производственной деятельности. Итоговым результатом изменений является получение новых рынков в Азии, сохранение контрактов и традиционных рынков в Европе в интересах обеспечения технологической независимости и экономической безопасности страны. Сложившаяся в мире энергетическая ситуация позволяет не только решить важнейшие проблемы топливно-энергетической отрасли, но и создать задел для будущего развития научных разработок в области фундаментальных и прикладных исследований, а также обеспечить внедрение в промышленность конкурентоспособных технологий и производств, различных передовых практик.
Необходимость проведения цифровой модернизации отрасли обусловлена не только отсутствием легких для освоения значительных разведанных запасов и длительными сроками эксплуатации большинства уникальных месторождений в районах Сибири, Дальнего Востока и Арктики, на которых уже проявляются технологические и геологические ограничения при добыче остаточных запасов нефти и газа сколько необходимостью проведения значительных технологических преобразований в технологиях добычи. Основные цели и задачи цифровой трансформации нефтегазодобычи приведены на Рисунке. 1.
В условиях санкций и ограничений на поставку современных технологий, происходящих изменений и приоритетов на рынке продукции и сырья в связи с декарбонизацией промышленности, наличия международной конкуренции в области энергообеспечения все сложнее заниматься стратегическим планированием в длительной перспективе. В этих условиях особо важным является обеспечить эффективность использования и вовлечения в производство собственных активов компаний и их оборот, основанный на отечественной научно-технической базе и опыте. Особенностями сохранения позиций на энергетическом рынке в условиях неопределенности является необходимость формирования комплексного подхода, с возможностью управления объектами по экономическим критериям эксплуатации [1].
Цифровая экономика исходя из этих требований представлена тремя уровнями взаимодействия граждан и общества: между рынками и отраслями экономики; имеющимися информационными платформами (производственными технологиями) и базовыми условиями реализации, т. е. средой, создающей условия для развития и эффективного взаимодействия субъектов рынков и отраслей экономики, которая охватывает нормативное регулирование, информационную инфраструктуру; кадров, имеющих компетенции. С учетом этих условия формируются основные объекты трансформации - кадры, технологии и данные, а также должны реализовываться следующие специализации:
¸ Кадры являются экспертами и носителями знаний, ответственными за создание и поддержание инновационной среды, что возможно обеспечить только через стратегию развития, совершенствование структуры и компетенции персонала;
¸ Технологии обеспечивают создание новых бизнес-процессов на основе алгоритмов машинного обучения и превентивного анализа с применением искусственного интеллекта;
¸ Информация появляется на основании стандартизации данных и позволяет проанализировать процессы, осмыслить бизнес, а также сформировать стоимость активов.
Принципиально важным для достижения положительного результата является формирование оптимальных достигаемых критериев, показателей и результатов, а также принятие на государственном уровне новых методик расчета эффективности бизнеса, вложения инвестиций на основе внедрения передовых технологий, построения ресурсно-инновационного механизма разработки и внедрения технологий в различные производства, включая нефтегазодобычу.
Согласно положениям Программы «Цифровая экономика Российской Федерации», утвержденной Распоряжением Правительства Российской Федерации от 28.07.2017 г.
№ 1632-р, «цифровая экономика – хозяйственная деятельность, ключевым фактором производства в которой являются данные в цифровой форме», обеспечивающие рост производительности труда. Поэтому проявление цифровой революции в экономике должно проявляться в автоматизации все большего числа технологических процессов, информатизации, накоплении и систематизации больших объемов данных, внедрении методов и алгоритмов обработки данных, а также в онлайн доступе различных пользователей к массивам данных из внешних источников, возможностям различных платформ, что в целом способно обеспечить недостижимые ранее результаты.
В соответствии с планами развития в цифровой экономике возрастает роль и меняются задачи нормативно-правового регулирования, проводимые в виде национальных программ. Это должно обеспечить создание инфраструктур, практик и компетенций, в том числе:
¸ Гарантировать устойчивое развитие и безопасность инфраструктуры проводимой в стране политики цифровизации; определить индикаторы трансформации технологий и ориентиры развития и перспективного прогнозирования;
¸ Обеспечить профессиональную подготовку специалистов, а также уровень образования населения, включая общую цифровую грамотность;
¸ Создать привлекательные нормы и правила проведения бизнеса, способствующие привлечению интеллектуальных ресурсов и технологий;
¸ Связать цифровую экономику с банковской, почтовой, медийной, промышленной, индустриальной инфраструктурой.
¸ Обеспечить интеграцию элементов международной цифровой индустрии с возможностями национальной инфраструктурой в различных отраслях.
Информация в этих процессах фактически становится новым качественным товаром (добавленной стоимостью) и в технологическом промышленном комплексе становится возможным применение ситуационного оперативного управления и переход к эксплуатации оборудования с учетом превентивного управления и фактического состояния.
Основой цифровой экономики являются большие массивы данных в цифровом виде и интеграция «сквозных» цифровых технологий, что обеспечивает контролируемый персоналом непрерывный производственный процесс, технологическую и экологическую безопасность на основе критерийного предиктивного управления и циклов обработки. Среди реализуемых в нефтегазовом производстве циклов можно выделить цифровой, технологический и инновационный. Цифровой цикл включает в себя: геологические/техногенные и инфраструктурные объекты нефтегазовой отрасли проводимые на основе: мультисенсорные измерения – передача больших данных (гео.данные и информация по процессам) – обработка и систематизация - формирование научных знаний – цифровые двойники и модели – облачные технологии и массивы информации – интеллектуализация и роботизация производства [2].
Технологичный цикл состоит из типовых производственных блоков: поиск и разведка углеводородов – разработка – добыча – транспорт – хранение – переработка – нефтегазохимия – логистика отгрузки и поставки сырья и продукции.
Инновационный цикл формирует ряд требований по созданию новых образцов технологий и оборудования: формирование требований – источники разработки – опытный образец – опытно-промышленная эксплуатация – серийное производство – сертификация – вывод на рынок – масштабная реализация созданных в процессе инвестиций образцов.
Именно с учетом этих процессов и необходимости проведения постоянной поддержки и правового регулирования со стороны государства технологии искусственного интеллекта смогли уже подтвердить свою эффективность и возможность широкого применения в области медицины, военной техники, государственного управления, логистики и транспорта, а также при создании компьютерного зрения.
Развитию и применению автоматизированного управления, а в дальнейшем и интеллектуального управления исторически предшествовало эволюционное изменение требований, предъявляемых к системам управления по различным критериям (экономия, безопасность, экология, надежность, конкурентность) приведено на Рисунке 2.
При этом происходило и изменение видов управления по воздействию на технологическое оборудование и степени сложности по мере внедрения современных научно-технических достижений и технологий: ручное – дистанционное – автоматизированное – автоматическое – интеллектуальное (роботизированное). Внедряемое интеллектуальное управление на основе цифровых технологий применяет методы, которые используют подходы искусственного интеллекта, такие как искусственные нейронные сети, нечёткая логика, машинное обучение, эволюционные вычисления и генетические алгоритмы, машинное обучение.
Широкое применение открытых информационных баз, аппаратных средств и цифровых технологий позволяет на нефтегазовых объектах применять повторяющийся коррекционный цикл: Измерение – Коррекция – Контроль – Прогноз – Воздействие-Измерение – Контроль.
Применяемая при этом интегрированная геолого-технологическая модель включает в себя геологическую и фильтрационную модель, модели систем сбора, транспорта газа и газового конденсата, установок подготовки газа и основных объектов ДКС. Результатом такой интеграции является интеллектуальное нефтегазовое месторождение, которое является в этих условиях системой автоматического управления операциями по добыче нефти и газа, предусматривающей непрерывную оптимизацию интегральной модели месторождения и модели управления добычей [3].
Обеспечение корреляционного цикла позволяет внедрить механизмы интеллектуального управления, что обеспечивает на технологических объектах:
¸ Автоматизированную подстройку и обеспечение адекватности геолого-технологической модели фактическим показателям промысла;
¸ Автоматизированный расчет материального баланса по скважинам и месторождениям;
¸ Учет ресурсов, планирование работ, оформление отчетных форм на основе целевых показателей принятой бизнес-модели и утвержденных Предприятием критериев;
¸ Оптимизацию распределения нагрузки по скважинам, агрегатам и установкам; планирование работ по ремонту, обслуживанию интенсификации промысла с учетом состояния технологического оборудования и возможностей локализации;
¸ Адаптацию системы управления режимами (СУР) месторождения в реальном масштабе, соответствие модели рисков и режимов геологическим и технологическим возможностям;
¸ Технологическую и экологическую безопасность и оптимизацию режимов;
¸ Обеспечение рентабельности и экономической прибыли для всего жизненного цикла.
Внедрение технологий мониторинга скважинного фонда для северных месторождений обеспечило улучшение технико-экономических характеристик промыслов не менее чем на 10–30%. Лучшие мировые практики показали эффективность применения принципов интеллектуального «цифрового» месторождения на нефтегазовых объектах, что обеспечивает в процессе эксплуатации увеличение извлекаемых запасов газонефтедобычи не менее 10%, уменьшение времени простоев скважин порядка 50 % от начального уровня и сокращение операционных затрат около 10–25 %. Переход к новому экономическому укладу связан с преобразованиями и в других направлениях: нормативно-правовой базой, совершенствованием процессов, применением современной диагностики и материалов. С учетом ситуации в рамках государственной и отраслевой политики современные необходимо обеспечить:
¸ Анализ нормативной деятельности в области правовой, проектной, технической отраслевой базы с учетом наилучших мировых практик и технологий будущего развития;
¸ Разработка отраслевых стандартов, рекомендаций и правил для возможности применения;
¸ Разработка, внедрение и пропаганда успешных практик. Масштабирование практик использовать только там, где возможны результаты и польза в близкой перспективе;
¸ Создание технологических проектных консорциумов, что определяется сложностью компетенций и инженерных задач и перспективой развития (не менее 2025–2035 гг.);
¸ Реализацию задач по трансформации в рамках полного инновационного цикла на основе отечественных достижений научно-технического прогресса;
¸ Создание междисциплинарной среды и развитие образования, подготовки специалистов, в рамках переподготовки кадров и непрерывного профессионального образования.
Необходимо учесть опыт построения единой Концепции руководящих документов на длительный период. Так в ПАО «Газпром» ранее успешно применялась «Концепция и программа построения единого комплекса стандартов на проектирование, разработку и внедрение автоматизированных систем управления производственно-технологическими комплексами объектов ОАО «Газпром», разработанная ведущими проектными и научными организациями с учетом лучшего мирового опыта развития информационных технологий. Разрабатываемый и применяемый в рамках Концепции комплекс нормативных документов, предусматривал их использование на всех стадиях жизненного цикла автоматизированных систем управления производственно-технологическими комплексами объектов ОАО «Газпром» [4].
Концепция являлась единым системообразующим документом, который устанавливал назначение, структуру, границы применения, общие принципы построения и развития единого комплекса нормативных документов (ЕКНД) по проектированию, разработке и внедрению автоматизированных систем управления производственно-технологическими комплексами ПАО «Газпром» и регламентировал процессы проектирования, разработки, внедрения, эксплуатации и сопровождения автоматизированных систем управления производственно-технологическими комплексами объектов ОАО «Газпром» для всех производственных процессов в отрасли. Объекты нормирования и стандартизации приведены на Рисунке 3.
Для использования в нефтегазовой отрасли возможно применение практически всего спектра технологий искусственного интеллекта и отечественных наработок в области информационных инноваций: применение мобильных устройства и беспроводного оборудования, спутниковых каналов связи и облачных технологий хранения и обработки больших массивов данных, машинного обучения и промышленного интернета, технологий виртуальной и дополненной реальности, применения роботизированных систем, созлание «умного производства» и цифровых фабрик, использование беспилотных аппаратов и квадрокоптеров.
Однако с учетом ограниченности финансовых возможностей первоочередные инвестиции должны быть сделаны не в ремонт мощностей прошлого века, а направлены в создание современных высокорентабельных роботизированных производств. С учетом необходимости применения современных технологий и научных разработок объективно первоначально возрастают вложения в перспективные технологии и НИОКР, также необходимо создание специализированных центров по разработке и внедрению проектных моделей (цифровых двойников), отечественных программно-технических комплексов; необходимо создание и развитие центров сопровождения бурения и строительства и др.
Перечень и последовательность стадий и этапов жизненного цикла автоматизированных систем управления производственно-технологическими комплексами с учетом инвестиционного и технологического цикла представлены на Рисунке 4.
Специалисты ИПНГ РАН определили не противоречащие этому подходу ряд показателей развития для оценки степени использования и прибыльности применения интеллектуальных разработок в нефтегазовой отрасли. К важнейшим из них можно отнести: Прирост капитализации за счет цифровизации; снижение удельных капитальных и эксплуатационных затрат на добычу нефти/газа; учет центров и моделей интегрированных операций, роботизированных комплексов; а также наличие скважинных и площадных (донных) оптоволоконных систем мониторинга; «умных» и «цифровых» скважин и промыслов, станций; протяженных цифровых интеллектуальных трубопроводов; Количество мобильных нефтегазовых рабочих и ИТР и др. параметры
Однако следует отметить, что должен быть предварительно разработан целый ряд нормативных документов, критериев и положений, содержащих требования, термины и определения, применяемые независимо от стадии жизненного цикла системы управления объектами для возможности разработки и применения новых интеллектуальных технологий. Такие нормативные документы являются «основополагающими» документами единого комплекта нормативной документации (ЕКНД) для нефтегазовой отрасли.
Для получения целостной, непротиворечивой структуры ЕКНД целесообразно заблаговременно ввести для критерия «стадия жизненного цикла системы» значение «основополагающие документы» и критерии развития технологий на основе искусственного интеллекта. Для определения сроков и степени готовности предприятий к цифровой трансформации, возможности быстрого трансфера технологий к трансформации в Российской Федерации разработан и применяется стандарт ГОСТ Р57194.1-2016
(Трансфер технологий), определяющий степень цифровой зрелости отраслей и отдельных предприятий [5]. С учетом этого определены показатели цифровой зрелости в перспективе до 2030 года в различных отраслях промышленности России.
Анализ применения безаварийного цифрового газового производства на ранних стадиях обустройства месторождений (строительство скважин) способствует внедрению процессов, обеспечивающих технологическую и экологическую безопасность работ и способствует увеличению извлекаемых запасов нефтегазодобычи. Внедрение интеллектуальных технологий в нефтегазовое производство гарантирует сокращение сроков и стоимости проведения геологоразведочных и буровых работ порядка 50 % и снижение операционных затрат до 30 % с уменьшение времени при строительстве скважин и месторождений не менее 50–70 % от проектных показателей.
Фактически, применение цифровых технологий изменяет и значительно упрощает существующие в настоящее время бизнес-процессы и меняет структуру организации работ. Цифровое производство является элементом инновационного развития и повышения конкурентоспособности нефтегазовой отрасли. Лучшие мировые практики показали эффективность применения принципов «цифрового» месторождения, что обеспечивает увеличение извлекаемых запасов не менее 10%, уменьшение времени простоев скважин порядка 50 % от начального уровня и сокращение операционных затрат не менее 10–25 %. Возрастает роль стандартизации во всех отраслях при проведении трансформации нефтегазодобывающей отрасли. Для успешного развития возрастает роль апробированных и закрепленных отраслевыми документами типовых технических решений (стандарты и рекомендации). Фактически, для успешного планирования и цифровой трансформации формируется новый цикл развития в виде отдельных модулей: Стандартизация автоматизации – внедрение локальной автоматики – интеграция решений и создание автоматизированных производств – информатизация отрасли – интеллектуализация производств и предприятий.
По оценкам экспертов реализованный междисциплинарный информационный подход при комплексном подходе (бурение, строительство, эксплуатация) обеспечивают снижение затрат на устранение различных аварийных ситуаций, что приведет к снижению общей стоимости добываемого продукта от 5 до 25% от начальных затрат.
Литература:
1. Дмитриевский А. Н., Мастепанов А. М., Бушуев В. В. Ресурсно-инновационная стратегия развития экономики России // Вестник российской Академии наук. 2014. Т. 84. № 10. С. 867–873. http://doi.org/10.7868/S0869587314100077.
2. Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 года. Распоряжение Правительства РФ от 9 июня 2020 г. № 1523-р. https://ac.gov.ru/files/content/1578/11-02-14-energostrategy-2035-pdf.pdf.
3. Еремин Н. А., Королев М. А., Степанян А. А., Столяров В.Е. Особенности цифровой трансформации активов при реализации инвестиционных нефтегазовых проектов // Газовая промышленность». - Организация производства и управление. №4/783/2019. С. 116–127.
4. Дмитриевский А. Н., Еремин Н. А., Столяров В.Е. К вопросу цифровизации процессов газодобычи // Известия Тульского ГУ. Науки о Земле. Вып.2, 2019.-136–152 с.
5. ГОСТ Р57194.1-2016. Трансфер технологий. Общие положения. Национальный стандарт Российской Федерации.
