Добыча в цифровом формате — Журнал «Сибирская нефть» — №151 (май 2018)

Добыча в цифровом формате

«Газпром нефть» объединяет цифровыми технологиями весь цикл освоения месторождений

Текст: Сергей Орлов
Инфографика: Татьяна Удалова

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

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
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 и почти на треть сократить количество данных, необходимых для принятия инвестиционного решения.

Цифровая добыча. Инфографика: Татьяна Удалова

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 км по 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
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
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.

Цифровая добыча. Инфографика: Татьяна Удалова

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».

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ