CC BY
74
ЭКОНОМИКА
УДК: 622.24: 622.279.23
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИФРОВИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В НЕФТЕГАЗОВОЙ
ОТРАСЛИ
Н.А. Еремин, В.Е Столяров, А.Д. Черников, И.К. Басниева
Страны Европейского Союза планируют переход к низкоуглеродной экономике, что предполагает снижение интереса к нефтегазовой отрасли. Однако нефтегазовые компании наращивают инвестиции в системы искусственного интеллекта, которые становятся центральным элементом нефтегазового рынка. Цифровизация процессов заключается в преобразовании всего производственного цикла на основе внедрения интеллектуальных технологий, больших данных, суперкомпьютеризации, оптикализации и роботизации, что приводит к массовой и масштабной смене моделей бизнеса и производства, наилучшие из которых переносятся на всю нефтегазовую экосистему. Итогами работ являются снижение затрат, продление сроков эксплуатации и рентабельность добычи.
Ключевые слова: автоматизация, климат, скважина, роботизация, трансформация, цифровизация, экономика, энергоносители, интеллектуальные технологии.
В сентябре 2015 года на Генеральной ассамблее ООН 193 странами, включая Россию, были приняты 17 целей устойчивого развития (ЦУР), которые входят в повестку ООН до 2030 года, из них только цель 13 - Борьба с изменением климата - стала приоритетной. Цели развития приведены на рис. 1.
На основе Указа Президента РФ «О сокращении выбросов парниковых газов» 2 июля 2021 года был опубликован Федеральный закон «Об ограничении выбросов парниковых газов», который вступил в силу 30 декабря 2021 года.
Закон устанавливает перечень мер, направленных на ограничение выбросов парниковых газов, нормативы предельно допустимых выбросов и общие положения по реализации климатических проектов.
4 ликвидация 1 нищеты Mftf О ликвидация С голода W Q хорошее здоровье 0 и благополучие -Ф Л качественное 4 образование Iii Г гендерн0 0 равенствс ? 1 с чистая вода 0 и санитария
1 НЕДОРОГОСТОЯЩАЯ # И ЧИСТАЯ ЭНЕРГИЯ \ ■ / :©: /1 х о достойная работа 0 и экономический рол - fii Q индустриализация. J инновации и инфраструктура J^l 4ft уменьшение IU неравенства в 1 4 О ответственное 1С потребление ипроизводпво СО
4 О борьба 10 с изменением климата о 1j сохранение 14 морских экосистем 4 Г сохранение 10 экосистем суши 1 4 О мир. правосудие 10 и эффективные институты зб К у Д1 Hi 1! 1 зДТТ'^И ' с1', 1l'11 ЦЕЛИ о в области УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ
Рис. 1. Программы и цели устойчивого развития (ЦУР) ООН
Правительству было так же поручено разработать Стратегию долгосрочного развития РФ до 2050 года с низким уровнем выбросов парниковых газов, в том числе обеспечить к 2030 году сокращение выбросов парниковых газов до 70 % относительно уровня 1990 года [1].
Минэкономразвития РФ подготовило проект постановления Правительства РФ, передающий функции оператора реестра углеродных единиц Национальному расчетному депозитарию. «Зеленая» нефть, т.е. нефть с нулевым углеродным следом, что по оценкам экспертов может принести нефтедобывающим компаниям дополнительно до $7/баррель.
В коалицию или альянс производителей нефти ОПЕК+ в настоящее время входит Россия. После успешной сланцевой революции 2014-2022 гг. США постоянно проводят политику по переделу мирового рынка нефти и газа, в частности за счет доли ОПЕК+.
В августе 2021 года ОПЕК+ начал наращивать нефтедобычу порядка 400 тыс. баррелей в сутки ежемесячно, однако данные меры при резко растущем спросе не смогли удержать увеличение цен на нефть. Стоит прогнозировать, что увеличение предложения со стороны ОПЕК+ на мировом рынке нефти будет скромным, поскольку страны Персидского залива предпочитают сохранять свои оставшиеся свободные мощности на фоне перебоев с поставками, учета международной ситуации и заканчивая санкциями, принятыми в отношении России по поставкам нефти и нефтепродуктам.
Как полагает российский ученый А. Илларионов, в настоящее время нет никаких оснований для утверждений о том, что антропогенные факторы по своей силе уже сравнялись с природными факторами, а уж тем более якобы вызвали климатический кризис. Отклонения глобальной температу-
ры от принятой за современную за последние 60 млн лет (°С) приведены на рис. 2.
Pal | Eocene | Oil | Mlo | Pliocene | Pleistocene | HoIocot?
Zmcho* ft «I. (2006) -LMKUlRaynwOWM) - НОИР Mercofl л * (2013) -HMCRUT4
"60 " 40 ' 20 " 5 " 3 " 1 I 300 ' 100 20 ' 10 " I 1950 " 2150 Myr Before Present | kyr Before Present | Year CE
Рис. 2. Отклонения глобальной температуры
Известно, что изменение температуры имеет циклический характер. На рис. 3 представлены иллюстрации температурных аномалий (холодного периода), происходящие в 16 - 17 вв. в Европе.
а) б)
Рис. 3. Иллюстрации температурных аномалий в Европе а - Абрахам Хондиус «Замерзшая Темза», 1677 г.; б - Питер Брейгель «Зимний пейзаж с конькобежцами и ловушкой
для птиц», 1565 г.
Необходимо провести тщательные исследования сценариев декарбонизации добычи углеводородов с тем, чтобы интересы России не пострадали также из-за закрытия Северного морского пути в связи с обсуждаемым в открытой печати и искусственно сформулированным техногенным «малым ледниковым периодом» в 2050 - 2150 гг.
Карты выбросов СО2 и СО электростанциями мира, работающими на ископаемом топливе, представлены на рис. 4 (согласно информации
Windy.com. Университет Колорадо. Экологический вестник. 2016. № 3 (37)).
Рис. 4. Карты выбросов СО2 и СО электростанциями мира
Основной вклад согласно материалам исследований в выбросы парниковых газов вносят США, Европа, Индия и Китай.
Показатели подушевых и абсолютных выбросов СО2, связанных с потреблением (Программа ООН по окружающей среде. Доклад о разрыве в уровнях выбросов 2020 г.), в разбивке по 4 группам населения мира в зависимости от уровня дохода показаны на рис. 5.
Как известно, после нефтяного кризиса 1973-1974 гг., США силами 17 Национальных лабораторий Министерства энергетики приступили к целевому финансированию разработки технологий извлечения нефти и газа, которые позволили бы сделать национальную экономику полностью независимой от экспорта энергоносителей из-за рубежа. Показатели и структура целевого финансирования разработки технологий сланцевой революции приведены на рис. 6.
После 40 лет научных изысканий и прямого бюджетного финансирования и субсидирования был заложен технологический фундамент так называемой сланцевой нефтегазовой революции 2014 - 2022 гг.
Результаты сланцевой революции позволили США поставить задачу коренного передела мирового рынка нефти и газа в своих интересах, что
происходит в настоящее время под видом сокращения зависимости от поставок по трубопроводной системе из России [2].
Рис. 5. Показатели подушевых и абсолютных выбросов CO2
Рис. 6. Целевое финансирование разработки технологий сланцевой
революции
По данным норвежской компании Rystad Energy, в 2022 г. США предполагали обогнать по совокупной добыче нефти Саудовскую Аравию и Россию. Прогноз добычи жидких углеводородов к 2025 г. в России, Саудовской Аравии и США приведен на рис. 7. (Источник: Rystad Energy UCube, январь 2019 г.).
Рис. 7. Прогноз добычи жидких углеводородов к 2025 г.
Осуществлению амбициозных планов США на мировом рынке нефти помешал мировой кризис в связи с эпидемией Соу1ё-2019.
В настоящее время мы являемся свидетелями попытки США перекроить мировой газовый рынок на базе технологий разработки сланцевых месторождений газа и полного исключения из оборота трубопроводного газа и нефти из России. Разработка сланцевых месторождений газа с использованием гидроразрыва пласта для Газового месторождения Пайндейл (Pinedale), штат Вайоминг, формация Ниобрарарис показана на рис. 8, а и газовая скважина, вскрывшая сланцевую формацию, на рис. 8, б.
а б
Рис. 8. Разработка сланцевых месторождений газа
Динамика внедрений новых технологий требует, как показывают происходящие события по переделу традиционных рынков нефти и газа необходимости изменения сложившихся в России методов поиска и добы-
чи, практик строительства и эксплуатации добычных промыслов, процедур строительства и эксплуатации трубопроводных систем с учетом новых требований по эффективности, обеспечения технологической и экологической безопасности для всех стадий жизненного цикла объектов нефтегазового комплекса [3].
Можно констатировать, что возрастает сложность применяемого технологического оборудования на всех стадиях разведки и строительства, добычи, подготовки продукции к транспорту, хранению и переработки углеводородной продукции. Наблюдается сокращение времени перехода с одной ступени технологического развития на более высокий уровень.
В открытой печати уже можно встретить ссылки на применение технологий Индустрии 5.0, итогом развития которых являются самообучающиеся системы, принимающие решения на базе экспертной оценки и искусственного интеллекта.
Такое развитие основано на следующей фазе применения цифровых технологий в нефтегазодобыче и переработке с учетом фундаментальных научных разработках в области робототехники и стратегии развития и применения нейронных сетей, достижениями проводимых экспериментальных исследований в области компьютерного и человеческого зрения. Это позволит обеспечить:
интеллектуализацию процессов - это повышение эффективности нефтегазового производства за счет принятия наиболее оптимальных решений на основе всей имеющейся информации в режиме реального времени;
суперкомпьютеризацию - повышение скорости принятия управленческих и производственных решений на основе использования технологий цифрового двойника и предиктивной аналитики;
роботизацию - повышение коэффициента производительности труда в нефтегазовых процессах.
Для нефтегазовых технологий происходит изменение динамики сроков и технологий применяемых средств и систем автоматики в сторону оборудования реализованного на элементах машинного обучения и искусственного интеллекта [4].
Степень систем автоматизации, обеспечивающих технологическую и экологическую безопасность для газотранспортной системы приведена в виде графика сложности на рис. 9.
График учитывает степень автоматизации объектов, количество информационных датчиков процессов, сложность реализованных алгоритмов в применяемых на объектах программно-технических комплексах (ПТК).
/• Малолюдные технологии и интеллектуальные системы : Комплекс моделирования и оптимизации
г__
/1 Программный комплекс решения режимно-технол. / задач
/ Подсистемы: учета расхода газа ГИС, АСУ / энергоснабжения, эколог, мониторинга, пожарной авт. и др.
/1 БСАОА-системы
/ ЛВС ДП
—-
/ САУКЦ
/ Подсистема диагностики технического состояния / Автоматизация ГРС / СЛТМ САУГПА
Рис. 9. График анализа сложности средств и систем автоматизации
С учетом тенденций развития процессов модернизации, происходящих в передовых нефтегазовых компаниях и наилучших практик применения новых технологий, можно прогнозировать дальнейший рост сложности применяемых систем управления в нефтегазовом секторе.
Соответственно, следующим этапом развития будут преимущественно интеллектуальные системы, с тенденцией значительного снижения роли персонала, а по мере роста компетенций и стандартизации, должна последовать интеграция интеллектуальных систем в рамках единого информационного предприятия и комплексная роботизация объектов с обязательным моделированием и синхронизацией режимов работы добычи, транспорта и переработки на основе расчета наличия свободных мощностей для всего нефтегазового цикла. Управление будет осуществляться на основе цифровых моделей из единого Информационного Центра управления и диспетчеризации [5].
По оценке Института проблем нефти и газа Российской академии наук (ИПНГ РАН) эффективность добычи нефти, оцениваемая как коэффициент извлечения нефти (КИН), при применении традиционных технологий составляет порядка 29 %, цифровых (оснащенных локальной автоматикой) увеличивается до 38 %, а у интеллектуальных месторождений с использованием элементов кибернетики этот показатель достигает не менее 47 %.
Такие показатели эффективности объясняются тем, что для скважин и месторождений обычно приводят четыре различных режима работы -фактический, проектный, режимный и потенциальный.
в,
Цифровой режим приближен по показателям к режимному, а для интеллектуальных объектов приближается к потенциальному и вполне возможно обеспечить максимально возможные расчетные показатели с учетом мощностей оборудования, состояния технологического оборудования и уровня эксплуатации, а также обеспечить математически имеющиеся геолого-технологических ограничений [6].
Реализация интеллектуального управления предполагает наличие современной научной базы, стандартизации типовых проектных решений и соответственно комплексной автоматизации на объектах нефтегазодобычи; интеграции технологий, процессов и соответствующей процессам квалификации эксплуатационного персонала. Важным для проведения и применения интеллектуального управления становится квалификация проектных организаций и заинтересованность всех структур Администрации нефтегазового Общества в конечном результате - снижении издержек и росте производительности труда.
Применение цифровизации как основы для интеллектуальной информационной системы управления и эксплуатации объектов требует кардинального пересмотра существующих практик и обеспечивается необходимостью трансформации бизнеса с использование элементов модели интеллектуального управления, формирования критерийного управления с предиктивной аналитикой, внедрения элементов кибер-производства и машинного обучения, применения промышленного интернета и компьютерного зрения, виртуальной реальности и широкого применения мобильных рабочих, роботизированных систем для всех стадий и компонент объектов добычи, транспорта, переработки [7].
Основным риском замены рутинных процессов характерных для традиционных операций на месторождениях, выполняемых персоналом, является устоявшееся традиционное мышление и отсутствие компетенций, недостаточное развитие теории автоматизированных систем управления в части рисков для широкого применения человеко-машинных (диспетчерских) систем управления и сложившаяся в стране карательная функция надзорных органов по применения безлюдных операций и оборудования, переход к новым формам обслуживания оборудования и планирования работ которая должна быть оформлена в виде федеральных законов и положений законодательства по регулированию и стандартизации.
Предлагаемые для апробирования и дальнейшего тиражирования решения в области перехода к интеллектуальным методам управления в настоящее время недостаточно востребованы нефтедобывающими компания.
С этой точки надо шире применять имеющийся в США опыт по созданию национальных лабораторий, финансируемых государством, где на базе индустриальных парков апробируются новые перспективные технологии и даются рекомендации по их внедрению и применению.
Это позволяет скоординировать направления развития и добиться в сжатые сроки развития перспективных направлений в том числе и в области нефтегазодобычи. Столь успешный результат, названный в дальнейшем «сланцевая революция» в США, связанный с применением технологий гидроразрывов пластов объясняется формированием единых подходов и поддержкой государства в области технологических решений и государственным нормативно-правовым регулированием.
Для развития нефтегазового комплекса (НГК) России цифровая трансформация является первостепенной задачей. Главные проблемы, по оценке экспертов, лежат в сфере низкого уровня эффективности управления экономическими процессами и изношенности основных фондов. Производственный потенциал заметно отстает от мирового уровня, при этом в стоимости основных активов большую часть занимает стоимость сырья [8].
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; создание и развитие центров сопровождения бурения и строительства, эксплуатации и др. направлений
Цифровые технологии Индустрии 4.0 «четвертой промышленной революции» в настоящее время нашли поддержку и реализуются в принятых государственных программах - «Цифровая экономика Российской Федерации» и «Национальная технологическая инициатива» (НТИ), однако единой и согласованной нормативно правовой базы по внедрению отечественных инноваций в области технологий, продуктов и услуг до настоящего времени не существует.
С учетом необходимости быстрого проведения цифровой трансформации топливно-энергетического комплекса Правительством Российской Федерации утверждено Распоряжение от 28 декабря 2021 г. N 3924-р «Стратегическое направление в области цифровой трансформации топливно-энергетического комплекса». Распоряжением предусмотрено, что в ходе стратегического направления и внедрения конкурентоспособного отечественного программного обеспечения и программно-аппаратных комплексов будут внедрены следующие технологии: большие данные, нейротехнологии и искусственный интеллект, компоненты робототехники и сенсорики, технологии беспроводной связи. Распоряжением определены ответственные министерства, сроки реализации и показатели цифровой трансформации.
Таким образом, можно утверждать, что в процессе цифровой трансформации реализуется конкурентоспособная эффективная экономика, построенная на базе современных научных разработок, реализованных на основе отечественных программно-аппаратных средств и компетенций.
Объектами изменений при применении интеллектуальных технологий является информация, процессы, персонал и организационные структуры.
Построение новой бизнес-модели предполагает создание Стратегии реализации, типовых проектных решений с использование инновационных подходов по формированию новой базы нормативно-правовых документов технического регулирования и стандартизации. Переход к цифровым технологиям обеспечит конкурентоспособность, эффективность функционирования и снижение капитальных затрат на всех этапах жизненного цикла, сделает возможным переход нефтегазовой отрасли на новый технологический и управленческий уровень.
Статья подготовлена в рамках выполнения государственного задания (тема «Фундаментальный базис инновационных технологий нефтяной и газовой промышленности (фундаментальные, поисковые и прикладные исследования)», №ААААА19-119013190038-2).
Список литературы
1. Дмитриевский А.Н., Еремин Н.А., Басниева И.К. Цифровая модернизация нефтегазового производства в условиях снижения углеродного следа // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 1. С. 467-476. Б01: 10.46689/2218-5194-2022-1-1-467-476.
2. Цифровизация и интеллектуализация нефтегазовых месторождений // А.Н. Дмитриевский, В.Г. Мартынов, Л.А. Абукова, Н.А. Еремин / Автоматизация и 1Т в нефтегазовой области. 2016. N0 2(24). С. 13-19.
3. Дмитриевский А.Н., Еремин Н.А. Цифровая модернизация нефтегазовой экосистемы - 2018 // Актуальные проблемы нефти и газа. 2018. Вып. 2(21). С. 1-12. Б01 10.29222/1р^.2078-5712.2018-21.аП2.
4. Дмитриевский А.Н., Еремин Н.А. Инновационный потенциал умных нефтегазовых технологий // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. 2016. № 1. С. 4-9
5. Особенности цифровой трансформации активов при реализации инвестиционных нефтегазовых проектов // Н.А. Еремин, М.А. Королев, А.А. Степанян, В.Е. Столяров // Газовая промышленность. 783 (4). 2019. С. 116-127.
6. Дмитриевский А.Н., Еремин Н.А., Столяров В.Е. Роль информации в применении технологий искусственного интеллекта при строитель-
стве скважин для нефтегазовых месторождений // Научный журнал Российского газового общества. 2020. № 3 (26). С.06-21.
7. Еремин Н.А., Столяров В.Е., Эволюция систем управления транспортом газа // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2019. 4 (549). С.5-14. DOI: 10.33285/0132-2222-2019-4(549)-5-14.
8. Цифровые технологии строительства скважин. Создание высокопроизводительной автоматизированной системы предотвращения осложнений и аварийных ситуаций в процессе строительства нефтяных и газовых скважин / Н.А. Еремин [и др.] // Деловой журнал Neftegaz.Ru. 2020. №4 (100). С. 38-50.
Еремин Николай Александрович, д-р техн. наук, проф., гл. науч. сотр., ermn@mail.ru, Россия, Москва, Институт проблем нефти и газа Российской Академии наук (ИПНГ РАН); Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина,
Столяров Владимир Евгеньевич, науч. сотр.,bes60@rambler.ru, Россия, Москва, Институт проблем нефти и газа Российской Академии наук,
Черников Александр Дмитриевич, канд. техн. наук, вед. науч. сотр., ermn@mail.ru, Россия, Москва, Институт проблем нефти и газа Российской Академии наук,
Басниева Ирина Каплановна, науч. сотр., ermn@mail.ru, Россия, Москва, Институт проблем нефти и газа Российской Академии наук
ACTUAL PROBLEMS OF DIGITALIZATION OF PRODUCTION PROCESSES IN THE OIL
AND GAS INDUSTRY
N.A. Eremin, V.E. Stolyarov, A.D. Chernikov, I.K. Basnieva
The countries of the European Union (EU) are planning a transition to a low-carbon economy, which implies a decrease in interest in the oil and gas industry. However, oil and gas companies are increasing investments in artificial intelligence systems, which are becoming a central element of the oil and gas market. Digitalization of processes consists in the transformation of the entire production cycle based on the introduction of intelligent technologies, big data, super computerization, opticalization and robotization, which leads to a massive and large-scale change of business and production models, the best of which are transferred to the entire oil and gas ecosystem. The result of the work is a reduction in costs, extension of service life and profitability of production.
Key words: automation, climate, well, robotization, transformation, digitalization, economy, energy carriers, intelligent technologies.
Eremin Nikolay Alexandrovich, doctor of technical sciences, professor, chief of science., ermn@mail.ru, Russia, Moscow, Institution of Science Institute of Oil and Gas Problems of the Russian Academy of Sciences (OGRIRAS); Gubkin Russian State University of
Oil and Gas (National Research University) (Gubkin Russian State University of Oil and Gas (NRU)), '
Stolyarov Vladimir Evgenievich, scientist officer, bes60@rambler.ru, Russia, Moscow, Institution of Science Institute of Oil and Gas Problems of the Russian Academy of Sciences (OGRIRAS,
Chernikov Alexander Dmitrievich, candidate of technical sciences, ved. nauchn. sotr., ermn@mail.ru, Russia, Moscow, Institution of Science Institute of Oil and Gas Problems of the Russian Academy of Sciences (OGRI RAS),
Basieva Irina Kapranova, researcher, ermn@mail.ru, Russia, Moscow, Institution of Science Institute of Oil and Gas Problems of the Russian Academy of Sciences (OGRI RAS)
Reference
1. Dmitrievsky A.N., Eremin N.A., Basnieva I.K. Digital modernization of oil and gas production in conditions of carbon footprint reduction // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2022. Issue 1. pp. 467-476. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-1-1-467-476.
2. Digitalization and intellectualization of oil and gas fields // A.N. Dmitrievsky, V.G. Martynov, L.A. Abukova, N.A. Eremin / Automation and IT in the oil and gas field. 2016. No. 2(24). pp. 13-19.
3. Dmitrievsky A.N., Eremin N.A. Digital modernization of the oil and gas ecosystem - 2018 // Actual problems of oil and gas. 2018. Issue 2(21). pp. 1-12. DOI 10.29222/ipng.2078-5712.2018-21.art2.
4. Dmitrievsky A.N., Eremin N.A. Innovative potential of smart oil and gas technologies // Geology, geophysics and development of oil and gas fields. 2016. No. 1. pp. 4-9
5. Features of digital transformation of assets in the implementation of investment oil and gas projects // N.A. Eremin, M.A. Korolev, A.A. Stepanyan, V.E. Stolyarov / Gas industry. 783 (4). 2019. Pp. 116-127.
6. Dmitrievsky A.N., Eremin N.A., Stolyarov V.E. The role of information in the application of artificial intelligence technologies in the construction of wells for oil and gas fields // Scientific Journal of the Russian Gas Society. 2020. No. 3 (26). pp.06-21.
7. Eremin N.A., Stolyarov V.E., Evolution of gas transport management systems // Automation, telemechanization and communication in the oil industry. 2019. 4 (549). pp.514. DOI: 10.33285/0132-2222-2019-4(549)-5-14.
8. Digital technologies of well construction. Creation of a highly productive automated system for preventing complications and emergencies during the construction of oil and gas wells / N.A. Eremin [ et al.] // Business Journal Neftegaz.Ru . 2020. No.4 (100). pp. 38-50.
