Цифровые двойники делают нефтегазовую отрасль более эффективной и безопасной

Обращаясь с посланием к Федеральному собранию в феврале 2024 г., президент России Владимир Путин призвал внедрять цифровые технологии в управление для повышения производительности труда. Этой же задаче, по словам главы государства, должна служить сквозная модернизация, роботизация и автоматизация промышленных мощностей. О том, почему новые IT-решения и умные устройства особенно востребованы в нефтегазовой отрасли, рассказал и. о. заместителя генерального директора по IT «Башнефти» (входит в НК «Роснефть») Дмитрий Лозанский.

– Нефтегазовый сектор считается одной из самых цифровизированных отраслей российской экономики. Почему, на ваш взгляд, IT-решения оказались столь востребованы именно в тяжелой промышленности?

– Цифровизация сегодня – это, безусловно, общемировой тренд, затронувший едва ли не все индустрии и сферы деятельности. Удешевление устройств сбора, передачи и анализа данных поставило перед руководителями самых разных предприятий вопрос: «А как с учетом новых возможностей мы можем перестроить нашу работу и получать больше пользы от данных, которые собираем и обрабатываем?» И в нефтегазовой промышленности этот вопрос встал особенно остро, поскольку наша отрасль отличается чрезвычайной ресурсоемкостью.

Нефтянка характеризуется наличием десятков и сотен тысяч производственных объектов, включая скважины и коммуникации к ним, нефтепроводы, линии электропередачи, насосные станции и т. д. Каждый объект ежедневно генерирует большой объем технологической информации. Создается огромный массив данных, который требует постоянной обработки.

– То есть все ради экономии?

– Нет, в первую очередь ради эффективности. Ведь нефтянка не только ресурсоемкая, но и очень наукоемкая, высокотехнологичная отрасль. Здесь традиционно применяются самые последние достижения науки и техники. Та же цифровизация началась отнюдь не вчера. Первые активные шаги по массовой автоматизации производства были сделаны еще в середине 80-х гг. XX в. С 2000-х гг. начался переход на электронный документооборот, базы данных и передовое программное обеспечение. Объем собираемой информации непрерывно рос, что закономерным образом потребовало разработки инструментов, которые позволили бы повысить эффективность производственных процессов и облегчить принятие решений на основе обработки больших данных.

– В чем конкретно заключается «цифровизация»? Какие производственные процессы в «Роснефти» уже стали цифровыми?

– Стратегия «Роснефти» предполагает интеграцию информационных технологий во все аспекты деятельности – от разведки и добычи нефти и газа до транспортировки и переработки, включая обработку и анализ больших данных о месторождениях для повышения их эффективности с точки зрения экономики и экологии. Речь идет и о геологических и гидродинамических моделях месторождений, и об использовании нейросетей для анализа данных, и о создании интегрированных моделей оперативного управления месторождениями на базе цифровых двойников. Все эти инновации мы объединили в единую экосистему – проект «Цифровое месторождение».

– В чем цель проекта «Цифровое месторождение»?

– Совокупно внедрение новейших информационных технологий позволит добиться существенного роста производственных показателей и значимого экономического эффекта. При этом проект «Цифровое месторождение» состоит из множества компонентов, каждый из которых выполняет свою задачу. Например, трехмерные модели месторождений и технологии 3D-визуализации нужны для того, чтобы с высокой точностью оценивать запасы нефти и понимать, где именно они располагаются под земной корой. В свою очередь, интеллектуальные скважины с автоматизированным контролем добычи позволяют дистанционно управлять процессом в режиме реального времени. Благодаря нейросетям мы можем прогнозировать поведение месторождения и выявлять закономерности среди огромного числа показателей со скоростью, недоступной традиционным инструментам. А единая информационная система помогает получать полные и актуальные сведения обо всех этапах производственной цепочки – от разведки до транспортировки продукции и, соответственно, быстро принимать управленческие решения на основе расчетов и моделирования.

– Вы упомянули цифровые двойники месторождений. Можете максимально просто объяснить, что это такое и зачем нужно?

– Цифровой двойник, наверное, один из самых ярких примеров тех инноваций, которые появились в нефтегазовой отрасли благодаря внедрению цифровых технологий. Вот представьте себе месторождение нефти или газа под землей. Это как огромный запутанный лабиринт, в котором нефть или газ скрыты в песке, скалах, воде. Освоение такого месторождения – словно попытка найти выход из лабиринта, зная, что в его коридорах спрятаны сокровища. Но наши возможности посмотреть сквозь землю, найти сокровища и с минимальными затратами их извлечь и обработать существенно ограничены. А цифровой двойник позволяет это сделать на качественно новом уровне.

Цифровой двойник – это виртуальная копия реального месторождения, его цифровой аналог. Мы собираем всевозможные данные о реальном месторождении: как оно устроено, какие в нем присутствуют породы, каковы физические и химические свойства этих пород, где и сколько находится нефти или газа. Обрабатываем эту информацию и на ее основе строим виртуальную модель. Благодаря этому специалисты могут, не выходя из уютного кабинета, заранее «прогуляться» по подземному лабиринту, посмотреть, где что находится, каковы особенности каждого «коридора», и – самое главное – понять, как добыть клад.

– Как в компьютерной игре?

– Вроде того. Только это не игрушка, а набор алгоритмов, выведенных на базе производственного опыта, научных исследований и применения методов машинного обучения. Это профессиональный инструмент – цифровой помощник, приносящий отнюдь не виртуальную, а реальную пользу, который работает в режиме 24/7 и не устает. Благодаря цифровым двойникам нефтяники в режиме реального времени моделируют различные сценарии разработки и эксплуатации месторождения, выбирают наиболее оптимальные способы добычи, предсказывают возможные проблемы и заранее подыскивают решения. Это помогает оптимизировать процесс добычи, снижать риски и затраты, а также минимизировать вред окружающей среде. В итоге благодаря использованию цифровых двойников нефтегазовая отрасль становится более эффективной и безопасной как для людей, так и для планеты.

– То есть цифровой двойник нужен там, куда «не ступала нога человека»? Для моделирования процессов, происходящих глубоко под землей?

– Не только. На самом деле мы можем создать виртуальную копию практически любого производственного процесса. Например, в «Цифровом месторождении» моделируется работа и нефтегазового пласта, и скважин, и наземной инфраструктуры месторождения. Система дает возможность наблюдения и перемещения по модели производственного объекта, а также просмотра необходимой информации, получения уведомлений о событиях, требующих внимания или принятия решений. Однако хочу подчеркнуть, что 3D-визуализация – это, может быть, весьма эффектная, но далеко не единственная составляющая проекта «Цифровое месторождение», в котором задействованы и технологии машинного обучения, и умные устройства, и интеллектуальные цифровые системы.

– Проект «Цифровое месторождение» основан на обработке больших данных. Насколько велик этот массив информации?

– В хранилище данных «Цифрового месторождения» «Башнефти» собираются с необходимой частотой данные со 120 площадных объектов, с 12 000 скважин (а это в совокупности более 100 000 параметров в онлайн-режиме раз в несколько минут), на основе анализа которых реализованы сценарии выдачи рекомендаций. Очевидно, человек такой поток информации переварить просто не может, и здесь ему помогает цифровой помощник – аналитические алгоритмы с элементами искусственного интеллекта. Программы позволяют своевременно выявлять некорректно установленные настройки, прогнозировать выход оборудования из строя, отслеживать параметры, поступающие с умных устройств и датчиков.

– А что, собственно, делает тот или иной датчик умным?

– Тут роль играет и само устройство, и система, в которую он интегрирован. Так, отдельные приборы, установленные на месторождении, обеспечивают сбор и обработку первичной информации о технологических процессах и состоянии оборудования (расход, температура, давление и проч.) в режиме реального времени. Они способны к самодиагностике и корректировке своей работы. Следующий этап – это уже умные станции управления, которые выбирают оптимальный режим работы и выполняют такие функции, как автоматический вывод скважины на рабочий режим, настройка на максимальный дебит, предотвращение аварий и минимизация простоев.

При этом мониторинг различных параметров и процессов позволяет создавать интеллектуальные системы, ориентированные на те или иные задачи. Например, у нас успешно реализована система интеллектуального управления заводнением нефтяного пласта. Она анализирует эффективность закачки жидкости и чутко реагирует на любое изменение в работе насосов. Только благодаря ей у нас на Илишевском месторождении логистические издержки на обслуживание объектов поддержания пластового давления снизились едва ли не вдвое – в среднем на 45% в год. То есть не нужно больше каждый раз отправлять специалистов на место – многое можно сделать дистанционно. Время простоя скважин и сопутствующие потери нефти также сократились существенно.

– Как вообще можно оценить экономическую эффективность «Цифрового месторождения»?

– Отдельные компоненты системы позволяют минимизировать затраты на своем этапе производственной цепочки, а вместе они дают синергетический эффект. Рассмотрим ситуацию, когда в системе трубопроводного транспорта выросло давление. Если мы это вовремя не отследили и не выявили причину, у нас выросли расходы на электроэнергию и затраты на подготовку нефти, газа и воды. А также возникли риски разгерметизации трубопровода и риски для экологии. Но с системой «Цифрового месторождения» мы от этого застрахованы: она не только оперативно сообщила о росте давления, но и выявила его причину (в данном случае – образование эмульсии), определила участок, где конкретно необходимо увеличить подачу деэмульгатора, и подсказала, как изменить настройки насосного оборудования. В результате мы сократили производственные и экологические риски и снизили затраты. Аналогичным образом система сокращает количество остановок скважин, время их простоя, позволяет экономить на логистике, оптимизировать операционные затраты и главное – уменьшать «потери» нефти во время добычи.

– Какова ваша роль в проекте и с какими трудностями вам пришлось столкнуться?

– Моя роль заключалась в организации поиска и выбора технических решений, координации работ разнородных функциональных групп и контроле над сроками выполнения задач. Нужно было отобрать наилучшие сценарии использования цифровых двойников с точки зрения как их ценности, так и реализуемости. А затем проверить наши гипотезы на полигоне, в пилотной зоне Илишевского месторождения. Также большое внимание мы уделили вопросам информационной безопасности. Однако главным, на мой взгляд, в этом проекте стало объединение усилий широкого круга специалистов – от инженеров в области нефтедобычи до математиков, физиков, программистов. И нужно было добиться, чтобы IT-специалисты работали в тесной связке с производственными подразделениями. Именно активное вовлечение в генерацию идей и реализацию проекта наших коллег из блока разведки и добычи я бы назвал ключевым фактором, повлиявшим на итоговый результат. Без них ничего не получилось бы.

– Потребовалось ли как-то дополнительно обучать специалистов, чтобы они могли работать с интеллектуальными системами?

– На самом деле для работы с системой достаточно навыков опытного инженера-нефтяника, хотя, конечно, специалисты должны знать и процессы разработки месторождения, и механику, и энергетику, и процессы эксплуатации месторождений и уметь быстро принимать решения на основе инженерных расчетов. Интересно другое: интеллектуальные цифровые системы могут служить важным инструментом в образовательном процессе и улучшении профессионального мастерства. Поэтому в рамках проекта в том числе был создан специализированный учебный класс, в котором работники производства с помощью 3D-моделей оборудования осваивают, например, способы безопасной работы по монтажу и ремонту оборудования без влияния рисков, связанных с отработкой навыков на реальном оборудовании.

– Является ли «Цифровое месторождение» уникальной разработкой, ноу-хау «Роснефти»?

– Многие международные нефтегазовые компании внедряют современные технологии для управления месторождениями и используют программы-симуляторы. Залогом эффективности и качества прогноза таких программ является наличие большого массива исторических данных. И чем этот массив больше, тем более точно программа делает свои вычисления. Поэтому уникальность «Цифрового месторождения» «Роснефти» заключается в том, что оно было разработано с учетом экспертизы на базе накопленного более чем за 90 лет опыта разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений Башкортостана. Цифровой полигон «Башнефти» позволяет сделать эти знания и опыт доступными для всей нефтегазовой отрасли страны.

– А зачем вообще изобретать велосипед? Разве не проще и выгоднее пользоваться теми продуктами, которые уже есть на рынке?

– Технологии «Цифрового месторождения» еще достаточно молоды. И на рынке нет стопроцентного решения, удовлетворяющего все потребности нефтегазового бизнеса. Поэтому есть шанс быть первыми, а не догонять!

Практика показала, что скупой платит дважды. А инвестиции в собственные технологии окупаются. Ведь независимость от импорта позволяет стабильно и эффективно работать даже в условиях геополитической турбулентности. В этом смысле достижения в области цифровизации месторождений и другие IT-проекты «Роснефти» играют ключевую роль в обеспечении технологического суверенитета страны, способствуя развитию инноваций, повышению эффективности производства и укреплению позиций национального нефтегазового комплекса на мировой арене.

Но, кроме того, это еще и вопрос информационной безопасности. Пользуясь собственным ПО, мы обеспечиваем защиту данных, имеющих важное стратегическое значение. На мой взгляд, важно продолжать инвестировать в разработку IT-технологий, чтобы дальше совершенствовать свои программные продукты и укреплять лидерство в сфере моделирования и расчетов.

– Как вы видите будущее проекта и цифровых технологий в нефтегазовой отрасли в целом? Не боитесь, что искусственный интеллект отнимет у вас работу или произойдет «восстание машин»?

– Опасаться «восстания машин», конечно, не стоит, в реальности такой сценарий, на мой взгляд, крайне маловероятен. Необходимость в высококвалифицированных программистах и особенно специалистах по внедрению моделей машинного обучения тоже в обозримой перспективе не пропадет. Может быть, эта потребность сократится с развитием так называемого Generative AI – генеративного искусственного интеллекта, но пока и этого не ощущается. Но в целом цифровизация будет продолжаться. Компания «Роснефть» прямо сейчас активно внедряет технологию «Цифрового месторождения» в свою деятельность. Для обеспечения возможности ее масштабирования разработана дорожная карта, которая позволит использовать систему на предприятиях компании с учетом всего разнообразия условий и процессов, которые имеются в «Роснефти». Ключевая задача, которая перед нами стоит, – это выбор технических решений, которые потянут такой масштаб и разнообразие данных, как в «Роснефти», и будут эффективны. При тиражировании IT-решений нам важно соблюсти баланс между централизованными сценариями работы и локальной спецификой предприятий.