Цифровые технологии, которыми «Газпром нефть» объединяет весь цикл освоения месторождений

Условия добычи нефти становятся сложнее с каждым годом. Экстремальный климат, территории, на тысячи километров удаленные от цивилизации, а значит, и от инфраструктуры, новые геологические формации — все это сопровождает работу современных нефтяников. Единственный способ сохранить стоимость добычи нефти на приемлемом уровне — повышение эффективности. Новая промышленная революция предоставляет для этого ранее невиданные возможности.

Благодарим редакцию корпоративного журнала "Сибирская нефть" ПАО «Газпром нефть» за предоставление данного материала.

Искусственный интеллект, нейросети, цифровые двойники, виртуальная реальность — одни названия технологий Индустрии 4.0 рисуют картины фантастического будущего. Однако в промышленности все они решают одну важную, но достаточно банальную задачу — повышение эффективности. Двигаясь в этом направлении на гребне волны новой промышленной революции, можно добиться действительно фантастических результатов. В том числе в сфере нефтедобычи, которая, впрочем, имеет свою специфику.

Упрощенно сегмент upstream можно представить как огромный инвестиционный конвейер, начинающийся с поиска запасов ­нефти и завершающий работу вместе с окончанием жизненного цикла месторождения. По конвейерному принципу распределяется ценность и стоимость решений: немногочисленные, но ­самые важные и дорогие решения с точки зрения успешности всего проекта принимаются на первых этапах его реализации, гораздо более дешевые, относительно легко исправимые, но многочисленные — в конце, на этапе промышленной эксплуа­тации актива. При этом с информацией все на­обо­рот: данных для правильной и точной оценки перспективности месторождения, выбора методов его исследования и разработки очень мало, их приходится собирать буквально по крупицам. В период эксплуатации, напротив, информации столько, что большую проблему уже вызывает ее систематизация и анализ. И в том и в другом случае принимать правильные решения помогают цифровые технологии.

Вадим Яковлев, первый заместитель генерального директора «Газпром нефти»: Цифровизация для нас — это не только внедрение новых цифровых технологий. Это также пересмотр как наших внутренних процессов, так и подходов к взаимодействию с нашими многочисленными партнерами. Мы ставим перед собой цель построить единую открытую информационную платформу, в которой наравне с нами смогут работать все наши поставщики, подрядчики и субподрядчики. При этом мы хотим не насаждать им свой продукт, а вовлекать всех в процесс его создания на принципах, схожих с open-source, предоставляя уникальные технологические возможности и приглашая к совместному развитию и совершенствованию этой платформы в формате co-creation. Мы хотим выйти за юридические границы нашей компании, сделать прозрачным весь цикл создания стоимости для участников, перейти от взаимоотношений «заказчик/подрядчик» к совместной работе на общий результат и повышению величины приза для каждого из нас. 

Большой приз

Большие риски ради большого приза — это ­характеристика самого раннего этапа ­проекта освое­ния месторождения, когда надо принять главное решение: стоит ли вообще браться за разработку, каковы шансы найти промышленные запасы нефти и, соответственно, окупить вложения. Все осложняется тем, что, как правило, данных об исследуемом объекте очень мало и они чаще всего крайне разрозненны. Из массы этой информации, часто с совершенно неочевидной корреляцией, необходимо собрать целую интегрированную картинку.

С выстраиванием таких сложных взаимо­свя­зей искусственный интеллект уже справляется гораздо лучше человеческого. К тому же машина может намного быстрее проанализировать большее количество вариантов и дать четкую математическую оценку вероятности успеха в том или ином случае. На этом и основан проект «Когнитивный геолог», который «Газпром нефть» реализует совместно с лучшими международными IT-экспертами.

Для того чтобы оценить масштаб проблемы, которую должен решить проект, достаточно сказать, что сегодня оценка геологических объектов занимает от года до двух лет, 70% из которых тратится как раз на рутинные операции предварительной обработки данных. Самообучающаяся модель геологического объекта, которую планируется создать, будет математически обрабатывать всю существующую исходную информацию и выдавать конечный результат, оценивать вероятность правильности ответов. За счет этого время, необходимое на интерпретацию геологических данных, предполагается сократить примерно в шесть раз, то есть до двух месяцев. При этом должна заметно вырасти и уверенность в правильности прогноза. В том числе за счет того, что «Когнитивный геолог» будет выдавать рекомендации о необходимости проведения дополнительных точечных исследований — именно тех, которых еще недостает для более точного ответа на вопросы о перспективах актива. Это позволит почти на треть сократить количество данных, необходимых для принятия инвестиционного решения. 

Концепции на выбор

Даже после того, как перспективность месторо­ждения доказана, а решение о начале разработки актива принято, возможностей для ­роковых ошибок стоимостью в миллиарды долларов остается масса. Для этого достаточно сформировать даже не неправильную, а просто неоптимальную схему разработки. Объем входящей информации на этом этапе освоения месторождения таков, что оценить все возможные варианты и конфигурации разработки, связи между элементами системы не под силу человеку. И даже нескольким командам специалистов по геологии и разработке, бурению, технологиям добычи, об­устрой­ству, стоимостному и экономическому анализу, определяющим сегодня профиль добычи, число скважин, кустов, производительность инфраструктуры. В итоге на концептуальное проектирование крупного месторождения сегодня уходит порядка двух лет, а результат ограничивается несколькими вариантами действий. В то же время гарантии, что это действительно самые оптимальные варианты и лучшие опции не были отвергнуты в ходе анализа и оценки, ­пожалуй, не даст никто.

В рамках проекта «Когнитивный инжиниринг» машинный интеллект перебирает огромное количество различных сочетаний моделей скважин, схем кустования, систем нефтесбора и нефтеподготовки, оценивает их совместимость, экономику. За счет этого уже сегодня выбор увеличился с нескольких до тысячи вариантов с четко оцифрованными плюсами и минусами, а срок прохождения этапа — с двух лет до шести месяцев.

В перспективе планируется за счет включения в процесс оценки различных ограничений, таких, например, как доступ к ресурсам, сроки, финансовые возможности, получать схему разработки, приближенную к идеальной с точки зрения реализации.

Именно с помощью такой технологии была оптимизирована схема разработки самого северного континентального месторождения России — Восточно-Мессояхского. Подбор оптимальной системы разбуривания актива позволил вывести проект на положительную рентабельность и в 2016 году ввести его в промышленную эксплуатацию.

Без слепых зон

Еще 10 лет назад в России строительство высокотехнологичных скважин — горизонтальных, многоствольных — было скорее исключением, чем правилом, практически для всех нефтяных компаний. Сегодня доля таких объектов в общей программе бурения «Газпром нефти» превышает 60%. Без этого просто невозможна рентабельная разработка таких сложных геологических объектов, как, например, Новопортовское месторо­жде­ние. При этом контроль строительства практически всех высокотехнологичных скважин компании сегодня дистанционно ведется из Центра управления бурением «Гео­Навигатор» (ЦУБ), расположенного в Санкт-Петербурге. Основываясь на геологической модели, команды специалистов проводят бур на глубине 2–3 кмпо пласту толщиной всего в 2–3 м. Изменения конфигурации продуктивного горизонта отслеживаются с помощью датчиков, установленных на буровом инструменте. Однако расположены они в паре десятков метров от долота, поэтому сигнал о критичных изменениях (например, о том, что скважина вышла из продуктивного горизонта) доходит до ЦУБ с задержкой в 20–30 минут. При трехметровой толщине пласта за это время траектория бурения с ним может разойтись на очень значительное расстояние.

Для решения проблемы в «Газпром нефти» ­начали реализацию проекта «Цифровое бурение», предполагающего построение обучаемой математической модели, которая по таким параметрам, как нагрузка на буровом инструменте, сопротивление, температура, вибрация, скорость проходки, делает вывод об изменениях условий в самой дальней точке скважины в режиме реального времени. Прототип такой модели уже создан и успешно используется в ЦУБ. По информации начальника управления информационных технологий, автоматизации и телекоммуникаций блока разведки и добычи «Газпром нефти» Максима Шадуры, точность прогноза литологии на забое, который поступает от искусственной нейросети, уже превышает 80%, и это еще не окончательный результат: «Модель постоянно дообучается за счет сравнения результатов прогноза с реальной ситуацией, которая транслируется с датчиков. И ошибки, и точные попадания — все становится ценной информацией для обучения модели».

Алексей Вашкевич, директор дирекции по геологоразведке и ­развитию ресурсной базы «Газпром нефти»: Развитием цифровых технологий в блоке разведки и добычи «Газпром нефть» занимается уже более 5 лет, за это время общий портфель цифровых проектов от десятков перерос в сотни. Но полностью раскрыть потенциал цифровизации возможно только в сочетании с реальными бизнес-вызовами. Стратегия развития БРД включает такой уровень задач, эффективно решить которые можно только с помощью цифровых технологий. Сейчас наша приоритетная задача — формирование цифровой стратегии и создание системных условий для эффективного управления всем комплексом проектов и инициатив, а также обеспечение их связи с проектами общекорпоративного уровня. Также важно учесть в новой стратегии весь накопленный опыт наших коллег, что в результате даст необходимую синергию.

Специалисты компании считают, что ликвидировать слепую зону в скважине лишь начальная задача для искусственного интеллекта. В дальнейшем математическая модель бурения позволит технологам превентивно прогнозировать возможные нештатные ситуации, определять оптимальные режимы работы оборудования. За счет обучения и усложнения модель сможет определять в реальном времени продуктивность пласта, выдавать рекомендации об оптимальной траектории строительства скважины и даже оценивать экономическую эффективность разбуривания конкретного горизонта.

Не только технологии

Цифровую трансформацию чаще всего представляют как внедрение в производственную деятельность набора современных технологий, при этом часто забывая, что успешность бизнеса в первую очередь зависит от того, насколько четко выстрое­на система управления. Ведь в освое­нии любого крупного актива задействованы сотни подрядных организаций, документооборот исчисляется сотнями тысяч документов. Такой масштаб вызывает серьезные задержки в передаче важной информации, что часто приводит к критическим отклонениям от плана, увеличению сроков и стои­мости проекта.

Для того чтобы избежать этого, в «Газпром нефти» создается Центр управления проектами, который на самом деле представляет собой не один объект, а целую сеть многофункцио­нальных экспертных центров, собирающих информацию о реализации проектов практически в режиме реального времени, анализирующих ее и исходя из результатов анализа строящих прогноз развития ситуации. Эта система имеет свою иерар­хию, на вершине которой располагается центр, управляющий портфелем крупных проектов, внизу — региональные и проектные центры, контролирующие операционную деятельность.

При этом активно меняются сами методы и принципы управления. «Сегодня мы активно внедряем в бизнес такое понятие, как продуктовые команды, — рассказал Максим Шадура. — Если раньше срок работы команд, сформированных из представителей бизнеса, ставящих задачу, и IT-специалистов, способных эту задачу решить, ограничивался созданием и внедрением готового продукта в промышленную эксплуатацию, то в современном мире с началом эксплуатации развитие продукта только начинается. Мы меняем идеологию проектных команд на продуктовые, которые формируются в момент зарождения идеи нового решения, создают, внедряют его и продолжают жить с ним до тех пор, пока сам инструмент, само решение не потеряет актуальность. Отличительная особенность такого подхода — ответственность за долгосрочный результат, ведь только он будет определять успешность продукта».

Денис Сугаипов, руководитель дирекции по крупным проектам блока разведки и добычи «Газпром нефти»: Центр управления проектами подразумевает как внедрение цифровых инструментов, так и полное переосмысление методов управления крупными проектами. Безусловно, технологии играют важную роль, в том числе, для получения прозрачной и достоверной картины на всех уровнях реализации проектов. Это и трассировка поставки материалов, и оценка темпов строительства с помощью лазерного сканирования, и математическое моделирование оптимальных решений — всех технологий не перечислить. Но в центре всех изменений, в первую очередь, — более тесная интеграция различных функций и подразделений внутри компании. Однако, наши амбиции шире — мы хотим подключить и сотни наших подрядчиков и партнеров в эту систему. За счет использования программного обеспечения с открытым кодом и включения процессов партнеров в единый цикл анализа и управления мы получим возможность оптимизировать решения с учетом взаимовлияющих факторов и потенциальной синергии, что, в свою очередь, поможет каждому из участников быть более эффективным и заработать больше.

Центр управления проектами — это, конечно, не только организационные изменения. Самих технологий проект содержит также предостаточно. Это и 3D-сканирование строящихся объектов с помощью лазеров и беспилотников, и применение мультиагентных технологий, которые уже доказали свою эффективность, позволив оптимизировать процесс доставки материалов и оборудования на Новопортовское месторождение баржами в короткий безледовый период.

В целом за счет такой организационно-цифровой оптимизации планируется довести уровень соответствия фактического исполнения работ плану с 60 до 90%, сократив срок реализации крупных проектов с пяти до трех лет.

Двойник для скважины

Пожалуй, лишь на стадии промышленной эксплуатации месторождение можно сравнивать с любым другим промышленным объектом и, соответственно, повышать эффективность с помощью цифровых технологий по тем же принципам — то есть оптимизировать операционную деятельность. На этом этапе информации уже более чем достаточно, объектов для приложения сил тоже — правда, и эффект от оптимизации их работы на порядки ниже, чем на начальных стадиях освоения актива. Но это только если рассматривать эти объекты в отрыве друг от друга. Если же оптимизация будет комплексной, то соответственно будет расти и эффект. «Когда данных много, огромное количество и маленьких точечных задач, каждая из которых при этом не может оказать какого-то существенного влияния на эффективность работы месторо­ждения, — пояснил Максим Шадура. — Большой приз можно получить за счет разработки комплексного интегрированного решения, в котором оценены все взаимосвязи».

Таким решением станут цифровые двойники, создаваемые в рамках проекта «Центр управления добычей» (ЦУД). В рамках пилотного проекта в «Газпромнефть-Хантосе» был со­здан цифровой близнец системы механизированного подъема жидкости, представляющий собой математическую модель, в которую включены все элементы производственного комплекса — от скважины до сдачи нефти: погружные и дожимные насосы, системы нефтесбора и нефтеподготовки, резервуарный парк. Расхождения параметров работы реального оборудования с идеальным режимом, который воспроизводит модель, позволяет автоматически диагностировать поломки, аварии, искать узкие места, подбирать оптимальные режимы работы. Цифровая модель помогает определить и наименее эффективные скважины, которые можно отключить, чтобы уложиться в квоту добычи, определенную в рамках соглашения с ОПЕК.

Сегодня в «Газпромнефть-Хантосе» к уже существующему добавляются цифровые двойники систем поддержания пластового давления и обес­печения электроэнергией, что позволит сосредоточить в ЦУД управление всеми энергетическими потоками, а опыт, наработанный в ХМАО, активно переносится на предприятия компании в Ноябрьске, Муравленко, цифровые двойники создаются на Новопортовском месторождении.

«В рамках этого проекта мы не просто формируем набор инструментария, мы внедряем новые подходы к управлению активами, — подчеркнул Максим Шадура. — Начав с формирования программы улучшений самых проблемных для каждого из предприятий процессов, сегодня мы начинаем собирать системы в единое целое, заниматься автоматизацией по единым правилам и в конечном счете формировать полную ­модель управления активами».

Текст: Сергей Орлов Инфографика: Татьяна Удалова

Начать обсуждение


UP-PRO в сетях