В нефтегазовой отрасли в настоящее время происходит интенсивное внедрение цифровых технологий — от геологической разведки до реализации конечной продукции и логистики.
Нефтегазовые компании стараются использовать цифровые технологии, как правило, для решения двух ключевых задач: во-первых, для оптимизации добычи (прежде всего, повышения нефтеотдачи), во-вторых, для снижения количества отказов оборудования и, как следствие, затрат на эксплуатацию, используя такие инструменты, как управление большими данными и прогнозная аналитика.
Благодаря внедрению новых технологий растет коэффициент извлечения нефти (КИН) и одновременно происходит сокращение издержек и внеплановых простоев.
В химической промышленности основные тренды цифровизации в настоящий момент сфокусированы на внедрении решений по эффективному управлению производством, производственному мониторингу и DDDM (data driven decision making)
Также важной особенностью нефтехимического сектора является тот факт, что отрасль эксплуатирует опасные производственные объекты, зачастую интегрированные в кластеры, что многократно увеличивает полезность цифровых решений и решений в области автоматизации производственных процессов.
Важным трендом является развитие концепции «цифрового месторождения» — активов, которые оснащены набором систем мониторинга и удаленного контроля, а также специализированным программным обеспечением для производственных процессов. Подход нацелен на прирост добычи нефти и газа, а также сокращение простоев и трудозатрат за счет оптимизации работ и снижения недоборов.
По словам заместителя директора Института проблем нефти и газа Российской академии наук (ИПНГ РАН) Николая Еремина, в 2018 г. в России насчитывалось 15-16 тыс. скважин с элементами цифровизации, что наглядно демонстрирует эволюцию цифровой модернизации нефтегазового комплекса России. Сейчас основная задача – развивать это направление, эксплуатировать скважины на максимально возможных технологических режимах, безаварийно и в режиме реального времени. По прогнозам, к 2030 г. общее количество цифровых месторождений в РФ составит около 500, а к 2025 г. количество цифровых скважин у российских нефтегазовых компаний достигнет 50 тыс.
В этом направлении «Роснефть» ввела в эксплуатацию «Цифровое месторождение» на базе Илишевского месторождения ПАО АНК «Башнефть». В «Роснефти» заявили, что проект впервые в отрасли охватил все основные процессы нефтедобычи и логистики.
В «ЛУКОЙЛ» разработана стратегия «Цифровой ЛУКОЙЛ 4.0», включающая такие аспекты, как цифровая экосистема, цифровой персонал, роботизация, цифровые двойники производственных объектов.
«Газпром нефть» в рамках своей Программы инновационного развития до 2025 г. реализует стратегию развития цифровых проектов, которая охватывает все основные направления деятельности: геологоразведку, геологию, обустройство месторождений, бурение, разработку, добычу. Кроме того, «Газпром нефть» уже имеет практический опыт внедрения «Цифрового месторождения», а с 2017 г. функционирует Центр управления добычей (ЦУД), объединивший все разработанные в компании решения по повышению эффективности отдельных производственных процессов добычи.
«Газпром нефть» также занимается оцифровкой своих производственных мощностей, начав с создания цифрового двойника установки гидроочистки бензина каталитического крекинга на Московском НПЗ (2020 г.) и установки первичной переработки нефти на Омском НПЗ (планируемое завершение — 1 квартал 2022 г.)
Некоторые компании с опаской относятся к этому, так как требуетcя пересмотр существующих процессов, а больших выгод на первый взгляд не видно.
Директор сегмента «Нефть и Химия» компании IBS Александр Соколов комментирует этот вопрос следующим образом: «Пока вызывает сложности в первую очередь готовность внутри компаний активно инвестировать в цифровизацию. Но сейчас эта тема становится все более актуальной, потому что, на повестке повышение эффективности, снижение затрат, оптимизация деятельности. Есть много точечных проектов, и некоторые технологии активно приживаются. Например, у IBS есть позитивный опыт создания цифровых двойников, внедрения мобильных обходчиков, переход к цифровому проекту в капитальном строительстве на базе BIM и др.» Также спикер заявляет, что: «Еще одна проблема – нет пока единой платформы, на базе которой цифровые проекты можно успешно свести в комплексное решение. В мире такие прецеденты есть, например сообщество OSDU, в него вошли практически все мировые нефтегазовые компании, нефтесервисные компании и IT-гиганты, которые совместно занимаются разработкой единой отраслевой модели данных и платформы данных для нефтегазовых компаний. Если такая тенденция на мировом уровне окажется эффективной, и мы тоже двинемся в этом направлении».
- Тренд 1 — Цифровые двойники месторождений.
Для создания такого «двойника» разрабатывается математическая модель скважины, оборудования и логистических схем. Анализируется общая ситуация, после чего создается технико-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.
С 2019 г. Shell реализует на своих шельфовых активах проекты цифровых двойников, объединив данные с датчиков и сенсоров, сведения о скорости ветра, волнении моря, коррозии, напряжении на платформу с облачной аналитикой больших массивов данных, что позволяет намного быстрее выявлять и обслуживать неисправности. Это приводит к экономии 5-20% капитальных затрат, в зависимости от количества объединенных активов, а также существенно снижает себестоимость добычи.
Также в октябре 2020 г. Shell и Aveva подписали соглашение о создании облачного хранилища инженерных данных для обеспечения полного цикла создания цифровых двойников.
«Волгограднефтепроект» создал цифровой двойник в процессе проектирования масштабного газоперерабатывающего комплекса. В результате проекта удалось оптимизировать строительство и эксплуатацию нового объекта и сократить потенциальное время простоев на 10-15%. Общая экономия от использования двойника оценивается примерно в $5,5 млн.
В «Сибнефтегазе» проведена апробация информационно-технологической платформы, реализующей цифровой двойник Пырейного промысла «Сибнефтегаз». Создан прототип с трехмерной визуализацией промысла («Митра»), ведется подготовка к запуску проекта пилотного внедрения.
В ноябре 2020 года «Сибур» объявил о том, что компания первой в России внедрила систему цифрового моделирования в нефтехимическое производство. Пилотный проект запущен на дочернем предприятии — на «Томскнефтехиме». Речь идет о технологии, позволяющей с высокой точностью моделировать физико-химические процессы на нефтегазохимическом производстве. В случае с «Томскнефтехимом» цифровая модель реактора полиэтилена высокого давления позволила значительно оптимизировать операционные издержки при его производстве. Однако проект полностью еще не завершен и имеет цикл реализации до 2023 г. включительно.
Разработкой цифровых двойников месторождений, в том числе коммерческой, активно занимаются вузы, в частности – Консорциум «Недра» (с лидирующей ролью Санкт-Петербургского Горного университета), Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого, Томский Политехнический Университет.
К 1 июня 2021 г. Министерство Энергетики РФ должно представить в Правительство проект Энергетической стратегии до 2035 г., в которой будут предусмотрен комплекс мер по значительному повышению уровня автоматизации и цифровизации предприятий энергетического сектора и upstream инфраструктуры.
Александр Соколов, комментировавший ранее вопросы цифровизации производства, отмечает, – «Перспективной представляется тема создания цифровых двойников процессов добычи, переработки. Мы видим, что наиболее эффективным вариантом является гибридная модель. Создается она совмещением физической и математических моделей. Физическая модель позволяет прогнозировать процесс в зависимости от входящих параметров, описывающих процесс так, как он идет в реальности. Математическая модель, используя машинное обучение и нейронные сети, анализирует исторические данные. В итоге уже получаемые реальные данные, которые поступают от физической модели и данные математической модели при сопоставлении и наложении дают наилучший результат для анализа и предиктивного прогноза».
В основе автоматизации технологических процессов нефтегазового производства лежит отстранение персонала от прямого участия в производственном процессе. Автоматизация технологических процессов нефтегазового производства может включать комплексную АСУ ТП нефтяного месторождения или автоматизацию отдельных участков. Получающие распространение в России системы расширенного управления процессами (APC — Advance Process Control) позволяют строго придерживаться установленного режима и заданных целевых функций, быстро и эффективно реагировать на любые отклонения от нормы. Использование поточных анализаторов дает возможность контролировать характеристики сырья и продукции в реальном времени. Смежные установки объединяются в комплексы, что позволяет синхронизировать технологические процессы, управлять ими из единого центра. Цифровизация энергосетей и, в частности, введение в эксплуатацию цифровых подстанций может увеличить пропускную способность подстанций и повысить их отказоустойчивость.
Например, в периметре «Россетей» действуют более 2 млн интеллектуальных приборов учета электроэнергии, 84 цифровые подстанции, 22 центра управления сетями и 38 цифровых районов электросетей.
В 2020 году на Московском НПЗ «Газпром нефти» заработал опытный инновационный комплекс «Цифровая подстанция». Внедрение объекта стало очередным этапом формирования цифровой системы управления энергетическими объектами собственных российских нефтеперерабатывающих заводов компании.
Это не конечный список инноваций, которые в ближайшее время будут задавать тренд развития отрасли. Впереди ждет работа по внедрению таких инструментов как предиктивная аналитика и DDDM, разработка цифровых технологий для освоения трудноизвлекаемых запасов нефти (ТРИЗ), облачные технологии, внедрение надежной системы кибербезопасности, технологии дополненной и виртуальной реальности AR/VR , к (MaaS, «мобильность как сервис»), а также блокчейн и роботизация. Но это тема еще одной большой статьи.
Пресс-служба компании «IBS»