CC BY
32
УДК: 622.276
РАЗВИТИЕ ЦИФРОВОЙ ГАЗОВОЙ ЭКОСИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОГРАММЫ ПОЛНОГО ИННОВАЦИОННОГО ЦИКЛА
А.Н. Дмитриевский, Н.А. Еремин, В.Е. Столяров, А.Д. Черников
Рассмотрено формирование цифровой газовой экосистемы на базе платформенных решений и комплексных научно-технических программ и проектов полного инновационного цикла. Раскрываются современные аспекты создания и внедрения технологий цифрового газового производства. Изложены вопросы цифровой модернизации газового производства в условиях снижения углеродного следа. Выявлены основные проблемы в сфере реализации цифровой модернизации газовой отрасли: острая нехватка кадров с цифровыми компетенциями в области газового производства, включая специалистов по оптикализации, мультисенсоризации, суперкомпьютеризации, кибер-безопасности и петророботизации. Подчеркнуты гуманитарные аспекты внедрения систем сильного искусственного интеллекта и петророботизации газового производства, в частности, вопросы переобучения инженерно-технического персонала новым цифровым специальностям. Выявлено, что в газовой отрасли в условиях снижения углеродного следа планируются использование оптоволоконных технологий, мультисен-сорное обеспечение мониторинга газодобычи, цифровых двойников газовых объектов, гибридного искусственного интеллекта в принятии решений.
Ключевые слова: газовая экосистема, комплексная научно-техническая программа (проект), развитие, модернизация, информация, инновации, газовая экономика, интеллектуальная технология, цифровая платформа, цифровое месторождение, цифровая скважина.
Стратегическая цель развития газовой экосистемы на базе единой цифровой платформы - это повышение фондоотдачи основных газовых активов в режиме реального времени, реализация высококонкурентной стратегии развития с целью увеличения доли на внешнем и внутреннем газовых рынках за счет поставки на них продукции с высокой добавленной стоимостью и постепенного снижения в экспорте доли природного газа. Задачи и перспективные тренды развития цифровой газовой экосистемы: создание внутреннего газового производства со 100 % переработкой природного газа и выпуска газовой продукции с высокой добавленной стоимостью; увеличение фондоотдачи от основных газовых активов; перевод управления газовым производством в режим реального времени от часов к минутам; цифровизация и мультисенсоризация объектов газовой инфраструктуры; интеллектуализация и петророботизация процессов управления; оптикализация и квантовизация широкополосных каналов передачи больших геоданных; создание гига - и терамоделей цифровых двойников газовых кластеров с использованием высокопроизводительных вычислительных комплексов из TOP500 и центров обработки больших геоданных методами искусственного интеллекта. Постепенный переход к безаварий-
ному, безлюдному, «зеленому» газовому производству продукции с высокой добавленной стоимостью, достижение нулевого экспорта природного газа к 2070 году. Активная цифровизация газовой экономики привела к началу формирования цифровой (платформенной) экосистемы газового производства. Для газовой экосистемы характерна разработка цифровых платформ, петророботизация газового производства с поставкой на мировой и внутренний газовый рынок ряда высоконкурентных продуктов газового производства. Как отметил В.В. Путин на заседании Совета при Президенте по науке и образованию 8.2.2021 г, механизм КНТП «позволил объединить возможности вузов, научных организаций, частного бизнеса и компаний с государственным участием, чтобы мы могли не только создавать, но и быстро внедрять новые технологии» в соответствии со Стратегией научно-технологического развития России. Выполняя поручение Президента Российской Федерации В.В. Путина Российская академия наук, нефтяные и газовые компании в соответствии с решением Совета по приоритетному направлению научно-технологического развития Российской Федерации «Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработке углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии» подготовили предложения по формированию комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла «Цифровая и геотехнологическая модернизация крупнейшего в мире Западно-Сибирского центра нефтегазодобычи» (Координатор программы от ОНЗ РАН Научный руководитель ИПНГ РАН, академик РАН А.Н. Дмитриевский). Председатель Правления ПАО "Газпром" А.Б. Миллер в своем письме на имя А.В. Новака об участии Общества в реализации комплексных научно-технических программ и проектов полного инновационного цикла (КНТП), предложил следующие два направления: «Разработка интеллектуальных систем оперативного геолого-технологического мониторинга, перспективного планирования и управления разработкой месторождений добывающих предприятий ПАО «Газпром» (на примере месторождений Западной Сибири)» и «Развитие и применение технологий цифрового моделирования, создание «цифровых двойников» продуктивных пластов, скважин, газосборных сетей, объектов подготовки и транспортировки газа». Коллектив ИПНГ РАН обобщил поступившие предложения от институтов РАН, университетов, ФИЦ и НИЦ, и представил предложение по формированию цифровой газовой экосистемы на совещании в дирекции ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2 марта 2022 г.
Работы по формированию цифровой газовой экосистемы базируются на «активизации фундаментальных, поисковых и прикладных исследований, обеспечивающих создание новой инновационной экономики России» (письмо президента РАН с положительной резолюцией Президента Российской Федерации В.В. Путина). Особое внимание уделяется научным
исследованиям, обеспечивающих независимое высокотехнологическое развитие газовой отрасли на основе создания инновационных технологий разработки газовых месторождений, в том числе в сложных горногеологических и природно-климатических условиях. Важнейшей задачей является создание инновационных технологий, обеспечивающих эффективную добычу и освоению нетрадиционных ресурсов газа и научное обоснование инновационных технологий эксплуатации месторождений газа. Поставленные задачи по цифровизации экономики определяют необходимость создания технологий по управлению процессами добычи и транспорта в РРВ и разработке цифровых технологий объектов нефтегазодобычи (цифровая скважина, цифровое месторождение и др.). Предусмотрена разработка механизмов трансфера результатов фундаментальных исследований с целью создания новых научно-технических и технологических решений, обеспечивающих инновационное развитие и цифровую модернизацию газового комплекса страны. Богатейшая минерально-сырьевая база газового комплекса России, существующая инфраструктура, наличие квалифицированных кадров и значительный инновационный потенциал обусловливают необходимость и возможность перехода от экспортно-сырьевого к ресурсно-инновационному развитию отрасли. Этот переход знаменует первый этап реализации стратегии цифровой модернизации для сохранения лидирующей роли газового комплекса и гарантии газовой безопасности страны. Газовая промышленность обеспечивает ведущую роль в реализации стратегии цифрового преобразования национальной экономики. Тесная координация работы газодобывающих компаний с институтами Российской академии наук (РАН) в области формирования цифровой газовой экосистемы дает возможность найти эффективные решения в виде низкоуглеродной парадигмы развития и построения цифровой газовой экономики. Реализация проектов комплексных научно-технических программ (КНТП) полного инновационного цикла, предложенных отечественной наукой, приведет к промышленному росту, развитию научной базы и увеличению конкурентоспособности различных газовой промышленности России. В рамках реализации Указа Президента РФ от 1 декабря 2016 г. № 642 «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации» институтами РАН в 2019 г. была подготовлена КНТП «Цифровая и геотехнологическая модернизация крупнейшего в мире ЗападноСибирского центра нефтегазодобычи». Мероприятия, предусмотренные программой, обеспечивают повышение эффективности газодобычи и переработки углеводородного сырья, формирование новых источников и способов транспортировки и хранения энергии, широкое внедрение и использование экологически чистых технологий. В соответствии с утвержденным перечнем поручений Президента РФ по итогам заседания Совета по науке и результатам встречи с учеными Сибирского отделения РАН Министерством энергетики России совместно с ведущими газовыми компаниями
был подготовлен проект по развитию и модернизации Западно-Сибирского центра газодобычи. Анализ материалов показывает, что основной запрос касается увеличения добычи и переработки газа, а также повышения эффективности разработки крупных, гигантских и уникальных газовых месторождений Западной Сибири. Экспертный Совет по приоритетному направлению научно-технологического развития «Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии» одобрил представленные мероприятия КНТП «Цифровая и технологическая модернизация крупнейшего в мире Западно-Сибирского центра нефтегазодобычи». Программа предусматривает проведение совместных скоординированных научных исследований нефтегазовыми компаниями и институтами РАН, создание новых и передачу для реализации в нефтегазовом комплексе созданных технологий.
Экономическое развитие страны в современных условиях получило серьезное подтверждение необходимости срочного преобразования газовой отрасли в наукоемкую промышленность с применением интеллектуальных технологий и высокой прибавочной стоимостью на базе отечественных разработок, в том числе и в области создания базового программного обеспечения цифровой газовой экосистемы. Систематизация причин, анализ тенденций развития, создание новых методологии и технологий предполагает наличие научной базы, интеграций различных технологий, процессов и персонала с построением информационной системы строительства и эксплуатации объектов на базе единой цифровой платформы, что требует кардинального пересмотра существующих практик газового производства. С учетом принятых санкций и ограничений были определены ключевые направления развития цифровой газовой экосистемы России: изменение системы газовых поставок за счет развития производства и транспортировки сжиженного природного газа; снижение зависимости показателей газодобычи от внедрения зарубежных технологий и уровня программно-технических средств иностранного производства; прогнозирование устойчивости российской газовой промышленности, выявление рисков, способных оказать негативное влияние на деятельность предприятий.
Негативные тенденции, сдерживающие развитие отрасли: сокращение численности рабочей силы, потери технических и квалификационных навыков, недостаток квалифицированных кадров с цифровыми компетенциями; низкое качество и ограниченная доступность к банкам геологических данных и отсутствие современных нормативов и стандартов в области цифровизации газовой отрасли.
Достижение цели исследования обеспечивается результатами академической программы «Фундаментальный базис инновационных техно-
логий в нефтяной и газовой промышленности», в реализации которой в 1995-2022 гг. приняли участие 63 академических институтов. Поздняя стадия эксплуатации большинства крупнейших газовых месторождений характеризуется наличием на объектах развитой инфраструктуры квалифицированного персонала, обладающего профессиональными компетенциями в области добычи газа. Современные отечественные цифровые инновации в длительной перспективе позволяют продолжить дальнейшую добычу газа в условиях технологических и геологических осложнений и обеспечить безопасность эксплуатации газовых месторождений. Основная цель изысканий состоит в создании и реализации технологий цифрового моделирования, разработке вычислительных платформ и цифровых двойников продуктивных пластов, скважин, газосборных сетей, объектов подготовки и транспортировки газа в целях обеспечения цифрового лидерства российских добывающих компаний на мировом рынке. Новизна ожидаемых результатов, услуг и технологий заключается в том, что впервые была предложена отечественная программа, основанная на осуществленных ранее в рамках государственных планов развития фундаментальных, поисковых и прикладных разработках с использованием инновационных решений. Выполнение программ развития цифровой газовой экосистемы позволяет сформировать основы цифрового и технологического лидерства газовой отрасли, создать фонд высокодебитных цифровых эксплуатационных скважин, обеспечить ежегодный прирост запасов газа и синхронизировать развитие газовой ресурсной базы с развитием газоперерабатывающего и газохимического комплекса России.
Институтом проблем нефти и газа (ИПНГ РАН) в настоящее время выполняются работы по ряду специальных тематик в рамках государственного задания. Среди основных тем исследований:
- разработка научно-методических основ поисков и разведки скоплений газа, приуроченных к мегарезервуарам осадочного чехла;
- создание научных основ новой системной методологии прогноза, поисков и освоения залежей УВ, включая матричную нефть в газонасыщенных карбонатных отложениях нефтегазоконденсатных месторождений;
- совершенствование методов моделирования, лабораторных и промысловых исследований для создания новых технологий эффективного экологически чистого извлечения УВ в сложных горно-геологических условиях;
- экспериментальные и теоретические исследования межфазных явлений, термодинамических, физико-химических и геомеханических свойств нефтегазовых пластовых систем для повышения эффективности освоения трудноизвлекаемых запасов УВ;
- повышение эффективности и экологической безопасности освоения газовых ресурсов арктической и субарктической зон в условиях меняющегося климата;
- создание фундаментального базиса энергоэффективных, ресурсосберегающих и экологически безопасных, инновационных и цифровых технологий поиска, разведки и разработки газовых месторождений;
- исследование, добыча и освоение традиционных и нетрадиционных запасов и ресурсов газа;
- разработка рекомендаций в условиях политики по декарбонизации энергетики (проведение фундаментальных, поисковых, прикладных, экономических и междисциплинарных исследований);
- научное обоснование влияния гидрохимических и микробиологических процессов на развитие коррозионных явлений при совместном хранении водорода и метана в широком диапазоне концентраций в геологических объектах различного типа.
За время разработки КНТП и проведения исследований по тематикам в рамках государственного задания фактически сформировалась новая отечественная газовая наука, обеспечившая создание прорывных инновационных технологий по всей цепочке, включая предложения по поиску, разведке, разработке, транспорту, переработке, а также проблемам энергоэффективности, ресурсосбережения, импортозамещения и цифровой модернизации газового комплекса. По многим технологиям и изобретениям получены российские и зарубежные патенты. Представленные в КНТП мероприятия в дальнейшем нашли развитие и отражение в распоряжении Правительства РФ от 28 декабря 2021 г. № 3924-р «Об утверждении стратегического направления в области цифровой трансформации топливно-энергетического комплекса»: определены участники развития отрасли в виде субъектов ТЭК и ряда министерств; сформированы приоритеты, цели и задачи цифровой трансформации; обозначены проблемы и вызовы; введены отчетные показатели, достигнуть которых планируется до 2030 г. В соответствии со стратегическими направлениями развития в отрасли должны быть внедрены технологии: больших данных (Big Geo Data), нейросетевого моделирования и искусственного интеллекта, робототехники и сенсорики, беспроводной связи и цифровых моделей объектов добычи. Реализация проектов и мероприятий по модернизации отрасли будет способствовать достижению ряда ключевых показателей, установленных Указом Президента РФ от 21 июля 2020 г. № 474 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года». Представленные ИПНГ РАН материалы для ПАО «Газпром» и ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в 2019-2022 гг. соответствуют по составу предложений и оформлению Постановлению Правительства РФ от 19 февраля 2019 г. № 162. «Об утверждении Правил разработки, утверждения, реализации, корректировки и завершения комплексных научно-технических программ полного
инновационного цикла и комплексных научно-технических проектов полного инновационного цикла в целях обеспечения приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации». Внедрение Программы на газовых предприятиях будет способствовать:
- созданию отечественных энерго- и ресурсосберегающих, экологически чистых инновационных технологий, обеспечивающих эффективность освоения газовых ресурсов и добычи;
- цифровой и технологической модернизации крупнейшего в мире Западно-Сибирского центра газодобычи;
- повышению эффективности и продлению срока рентабельной эксплуатации крупных и уникальных газовых месторождений на основе цифровой и технологической модернизации производства;
- максимальному увеличению степени извлечения газа из недр уникальных и крупных месторождений;
- увеличению ресурсного потенциала газовых компаний за счет выявления новых запасов и развития геологоразведки;
- максимизации экономической и технологической эффективности, экологической безопасности действующих производственных комплексов газодобычи, их реконструкции и модернизации на основе внедрения инновационных, в том числе отечественных цифровых технологий и технических средств;
- созданию энергетических комплексов и высокоэффективных установок подготовки и сжижения газа для газо- и энергоснабжения населенных пунктов и предприятий;
- развитию форм научно-методического и образовательного профессионального обеспечения цифровой и технологической модернизации газового производства;
- обеспечению социально-экономического, технологического и экологически сбалансированного развития северных регионов и инновационной инфраструктуры;
- увеличению налоговых поступлений в бюджеты, созданию новых производств с высокой добавленной стоимостью, совершенствованию энерго- и газоснабжения предприятий и населенных пунктов, повышению занятости и качества жизни населения.
На уровне газовых месторождений внедрение мероприятий по цифровой трансформации позволит обеспечить:
- снижение влияния человеческого фактора на процессы добычи, транспорта и переработки газа;
- автоматизацию управляющих воздействий, выполнение оценки состояния оборудования и влияния отклонений (с учетом воздействий) в автоматическом или роботизированном режиме на безопасность при переходе на интеллектуальные технологии и внедрении роботизированных систем управления;
- прогнозирование, анализ рисков аварий и внештатных ситуаций;
- использование информационно-коммуникационной базы процессов и активов;
- ранжирование планов и объемов работ с учетом рисков, ресурсов и компетенций;
- локализацию отказов и минимизацию последствий в нештатных ситуациях;
- реализацию проектных показателей в соответствии с критериями управления;
- динамику процессов, снижающих производительность или качество продукции;
- целостность управления в соответствии с уровнем компетенций персонала и распределением функций;
- ведение интегрированных моделей объектов и технического состояния в реальном масштабе времени.
Координирование Программы осуществляется под руководством научного руководителя института ФГБУН ИПНГ РАН профессора, академика РАН А.Н. Дмитриевского. Цифровая модернизация станет эффективной только в том случае, если будут проведены преобразования в газовом комплексе в области человеческого и технологического ресурса:
- данные (информация), позволяющие анализировать происходящие производственные процессы и тенденции, осмыслять бизнес в целом, формировать стоимостную оценку активов и определять объемы работ;
- люди (персонал), эксперты и носители знаний, обеспечивающие создание и поддержание инновационной среды и культуры предприятия/проекта;
- технологии (процессы), позволяющие формировать новые бизнес-процессы на основе алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта для принятия управленческих решений;
- организационно-штатные структуры, обеспечивающие разработку решений, мониторинг состояния и финансирование в процессе цифровой модернизации предприятий.
Мероприятия КНТП предусматривают совместные исследования университетов, различных институтов РАН и научных центров компаний согласно техническим заданиям, а также масштабирование принятых в рамках стратегий развития инновационных технологий, обеспечивающих комплексную автоматизацию, цифровую и технологическую трансформацию с разработкой отраслевых документов. Политика цифрового управления в газовой экосистеме (рисунок) обеспечивает целый ряд преимуществ:
- непрерывный расчет рисков режимов эксплуатации и состояния оборудования для обеспечения безаварийного производства;
- анализ технологической и экологической безопасности, снижение вероятности отклонений от оптимальных режимов разработки и добычи на месторождениях газа за счет цифровых технологий;
- передачу компетенций на уровень роботизированных систем, что снижает влияние человеческого фактора и предусматривает ситуационное управление на основе моделей;
- автоматизированную подстройку режимов согласно геолого-технологической модели;
- автоматизированный расчет баланса по скважинам, промыслам и управление режимами;
- учет ресурсов, планирование работ, автоматическое оформление отчетных форм;
- оптимизацию нагрузки по скважинам и оборудованию инфраструктуры газовых месторождений;
- адаптацию системы управления режимами газового месторождения в реальном масштабе, соответствие управления работой промыслов проектным показателям, моделям и режимам.
Реализация КНТП подразумевает совместную работу с использованием компетенций каждого из участников исследований и передачу успешных результатов проектным, межведомственным и межотраслевым предприятиям, научным центрам. Программа включает все этапы инновационного цикла - от получения и представления заказчику экспертных знаний до внедрения в производство перспективных технологий развития. Тематика программы разработана исходя из потребности сохранения объемов добычи и продления сроков эксплуатации газовых месторождений. Динамика показателей эксплуатации газовых месторождений с использованием инновационных технологий КНТП должна обеспечить эффективное извлечение остаточных запасов газа для всех находящихся или вводимых в эксплуатацию месторождений. Включенный в предложения КНТП Западно-Сибирский регион в настоящее время: занимает первое место в мире по масштабу и объемам добычи газа; имеет площадь 2,5 млн км2, половина из которых находится за Полярным кругом; содержит и обеспечивает порядка 3/4 запасов и текущих объемов добычи газа, и включает более 250 месторождений с ресурсами свободного газа. Конечная цель КНТП на базе цифровой газовой экосистемы состоит в достижении цифрового и технологического лидерства национальных газодобывающих компаний за счет цифровой модернизации, что позволит обеспечить: газовую безопасность страны; улучшить экологическую обстановку; повысить конкурентоспособность газовых технологий; создать новые рабочие места с цифровыми компетенциями и обеспечить безаварийную эксплуатацию месторождений и транспортной системы.
Цифровая Газовая Экосистема
Управление коммуникациями ' Communication management
п
Управление рабочими процессами Operation process management
Управление знаниями Knowledge management
РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ И СЕРВИСЫ Operation processes and services
Оптимизация газодобычи Gas production optimization Оптимизация операционной деятельности Operation optimization
Организация управления динамическим оборудованием Dynamic equipment management engineering
ЦИФРОВОЙ ДВОЙНИК Digital twin
Журнал событий и инцидентов Event and incident logbook Предиктивное техническое обслуживание и ремонт оборудования Predictive maintenance and repair of the equipment
Мониторинг производства Production monitoring
Диагностика состояния оборудования Equipment diagnostics
Охрана труда и промышленная
безопасность Occupational health and safety
Эксплуатация Development
Охрана труда, промышленная безопасность и охрана окружающей среды Health, Safety and Environment
Оптимизация газодобычи на основе цифрового двойника
Gas production optimization based on digital twin
Управление ограничениями на основе потенциалов фактических
мощностей Restrictions management based on actual capacity potential
Интегрированное планирование на основе цифрового двойника Integrated planning based on digital twin
Прогноз Prediction
Модель ограничений Choke modeling
Планирование Planning
ИНТЕГРАЦИОННАЯ ШИНА ПРИЛОЖЕНИЙ Integrated application bus
ПЛАТФОРМА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ДАННЫХ (internet of things) Production data platform (internet of things)
ПЛАТФОРМА ЦИФРОВОГО ДВОИНИКА Digital twin platform
Управление данными Data management
Управление устройствами Hardware/software management
Анализ данных Data analysis
Средства разработки Development tools
Гигамодели месторождений Террамодель (Terramodel) п-ова Ямал Gigamodels of fields Terramodel of the Yamal Peninsula
Модель скважин и систем сбора Wells' and gathering systems' model
Модель системы
подготовки Treatment system model
Модель ограничений Restrictions model
База больших геопромысловых данных реального времени Real-time big geo- and field database
Банк геолого-геофизических и промысловых данных Geological, well logging, and field data bank
ШИНА ДАННЫХ Data bus
ИНФРАСТРУКТУРА ДЛЯ ПЕРЕДАНИ. ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ БОЛЬШИХ ГЕОДАННЫХ Big geo data transmission, processing, and storage infrastructure
Локальные сети Local networks
ИТ-инфраструктура IT infrastructure
Сети провайдеров Providers' networks
ИСТОЧНИКИ ДАННЫХ (ПОДКЛЮЧАЕМЫЕ ОБЪЕКТЫ, УСТРОЙСТВА И МЕХАНИЗМЫ)
Data sources (connected facilities, hardware, and mechanisms)
вИ А & J§3 A 3
Турбины Насосы Клапаны Погружные насосы Скважины Резервуары
Turbines Pumps Valves Submerged pumps Wells Tanks
dâ О Ira)
Замерные установни Сепараторы Печи Автотранспорт
Well testers Separators Furnaces Road transport
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ Reference data
Результаты Результаты
геофизических геодинамических Результаты
исследований исследований реконструкции
скважин скважин объектов
Well logging Geodynamic well Revamp results
results research results
Данные о конструкции скважин Well design data
Цифровая газовая экосистема
Ожидаемые результаты и этапы реализации по КНТП на базе цифровой газовой экосистемы в рамках НИР - это создание:
- технологий и инструментальных методов управления цифровым производством на основе разработки не имеющих зарубежных аналогов цифровых двойников;
- нормативно-методических основ (концепции, математические модели, программные комплексы и рекомендации) модельно-предиктивного
управления цифровым газовым производством в режиме реального времени;
- цифровой платформы на основе Big Geo Data и промышленного интернета вещей для принятия конструкторских, проектных и инженерных решений на основе моделирования многофазных течений в различных средах, технологических процессов, транспортных систем, логистических потоков.
Структура предлагаемой цифровой газовой экосистемы приведена на рисунке.
Заключение
Создание цифровой газовой экосистемы позволит: оптимизировать архитектуру производства и добычи газа, режимы работы и сопровождения моделей эксплуатации, диагностики, обслуживания; сократить затраты на проектирование и изготовление за счет цифровых решений; перейти к программе освоения арктических месторождений, обеспечив при этом технологический суверенитет за счет снижения импорта материалов и сервисов; снизить влияние потенциальных угроз: санкций на использование программного обеспечения, оборудование систем управления, программных «закладок», возможностей информационного влияния на процессы и сократить объемы утечки информации за рубеж.
Статья подготовлена в рамках выполнения государственного задания (тема «Фундаментальный базис энергоэффективных, ресурсосберегающих и экологически безопасных, инновационных и цифровых технологий поиска, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений, исследование, добыча и освоение традиционных и нетрадиционных запасов и ресурсов нефти и газа; разработка рекомендаций по реализации продукции нефтегазового комплекса в условиях энергоперехода и политики ЕС по декарбонизации энергетики (фундаментальные, поисковые, прикладные, экономические и междисциплинарные исследования)», номер гос. Рег. № НИОКТР в РОСРИД122022800270-0.
Список литературы
1. Дмитриевский А.Н., Еремин Н.А., Столяров В.Е. Цифровая трансформация при внедрении комплексных научно-технических программ инновационного развития для нефтегазовой отрасли // Газовая промышленность. Научный обзор. 2022. № 10(839). С. 24-34.
2. 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. DOI 10.46689/2218-5194-2022-1-1-467-476.
3. Внедрение комплексных научно-технических программ на поздних стадиях эксплуатации нефтегазовых месторождениях / А.Н. Дмитриевский, Н.А. Еремин, Е.А. Сафарова, В.Е. Столяров // Socar Proceedings. 2022. № 2. С.1-9. DOI 10.5510/OGP2022SI200728.
4. Цифровые системы управления транспортом газа / Н. А. Еремин, В. Е. Столяров, Е. А. Сафарова, С. И. Гавриленко // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 2. С. 234-254. DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1 -234-254.
5. Еремин Н. А. Цифровые технологии извлечения запасов нетрадиционной нефти // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 2. С. 255-270. DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1255-270.
6. Актуальные проблемы цифровизации производственных процессов в нефтегазовой отрасли / Н. А. Еремин, В. Е. Столяров, А. Д. Черников, И. К. Басниева // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 3. С. 341-353.
7. Актуальные проблемы цифровизации производственных процессов в нефтегазовой отрасли / Н.А. Еремин, В.Е. Столяров, А.Д. Черников, И.К. Басниева // Известия Тульского Государственного Университета. Науки о Земле. Вып. 3. 2022. С. 341-353.
8. Инновационные технологии предупреждения поглощения бурового раствора при строительстве скважин / А. Д. Черников, Н. А. Еремин, А. В. Замрий, С. П. Черных // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 2. С. 399-414. DOI 10.46689/22185194-2022-2-1-399-414.
9. Интеллектуальные системы предупреждения осложнений для безопасного строительства скважин / А. Н. Дмитриевский, Н. А. Еремин, А. Д. Черников, С. О. Бороздин // Безопасность труда в промышленности. 2022. № 6. С. 7-13. DOI 10.24000/0409-2961-2022-6-7-13.
10. Обеспечение безопасности строительства скважин на основе использования интеллектуальных систем раннего предупреждения осложнений / А. Н. Дмитриевский, Н. А. Еремин, М. Я. Гельфгат, А. И. Архипов // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. 2022. № 1(306). С. 40-51. DOI 10.33285/2073-9028-2022-1(306)-40-51.
11. Еремин Н. А., Пятибратов П. В., Скворцов А. С. Высокотехнологичные скважины с бионическим профилем для разработки месторождений с высоковязкой и битуминозной нефтью // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. 2022. № 2(307). С. 117-135. DOI 10.33285/2073-9028-2022-2(307)-117-135.
12. Еремин Н. А., Скворцов А. С. О новой технологии разработки битуминозных залежей // Геофизика. 2022. № 3. С. 45-53. EDN PLNXAF.
13. Богаткина Ю. Г., Еремин Н. А., Лындин В. Н. Методические положения по формированию затрат для разработки морских месторождений арктического шельфа (на примере Приразломного месторождения) // Проблемы экономики и управления нефтегазовым комплексом. 2022. № 4(208). С. 12-16. DOI 10.33285/1999-6942-2022-4(208)-12-16.
14. Богаткина Ю. Г., Еремин Н. А., Лындин В. Н. Технико-экономическое обоснование разработки казахстанского месторождения Каменистое // Проблемы экономики и управления нефтегазовым комплексом. 2022. № 6(210). С. 41-46. DOI 10.33285/1999-6942-2022-6(210)-41-46. EDN GSYUQA.
15. Дмитриевский А. Н., Еремин Н. А. Цифровые технологические полигоны и сланцевая революция // Недропользование. XXI век. 2022. № 1(93). С. 26-35. EDN RDNJNA.
16. Инновационные технологии предупреждения осложнений и аварийных ситуаций при строительстве нефтяных и газовых скважин. Применение технологии микроконтейнеров для борьбы с поглощениями / А. Н. Дмитриевский [и др.] // Бурение и нефть. 2022. № 9. С. 6-13. EDN PJMJWJ.
17. Еремин Н. А., Черников А. Д., Столяров В. Е. Значение информации для цифровой трансформации при бурении и строительстве нефтегазовых скважин // Бурение и нефть. 2022. № 7-8. С. 8-18. EDN KWZCMG.
18. Стратегические направления для цифровизации сбора, подготовки и транспортировки углеводородной продукции / Н. А. Еремин [и др.] // Нефть. Газ. Новации. 2022. № 6(259). С. 9-15. EDN HFZTJY.
19. Значение промышленных запасов нефти и газа для обеспечения стабильности развития национальной экономики / Н. А. Еремин, С. Г. Беляев, А. П. Епишов, В. Е. Столяров // Бурение и нефть. 2022. № 9. С. 50-59. EDN HUTNFB. ISSN 2072-4799.
20. Замрий А. В., Черных С. П., Еремин Н. А. Бурение и разработка месторождений со сверхвязкой нефтью и битумами // Бурение и нефть. 2022. № 4. С. 47-50. EDN QGMWEW.
21. Еремин Н. А., Черников А. Д., Столяров В. Е. Значение информации для цифровой трансформации при бурении и строительстве нефтегазовых скважин // Бурение и нефть. 2022. № 7-8. С. 8-18. EDN KWZCMG.
22. Значение промышленных запасов нефти и газа для обеспечения стабильности развития национальной экономики / Н. А. Еремин, С. Г. Беляев, А. П. Епишов, В. Е. Столяров // Бурение и нефть. 2022. № 9. С. 50-59. EDN HUTNFB. ISSN 2072-4799.
23. Дмитриевский А. Н., Еремин Н. А., Столяров В. Е. Регулирование и стандартизация для применения цифровых технологий в нефтегазовом комплексе // Автоматизация и информатизация ТЭК. 2022. № 2(583). С. 6-16. DOI 10.33285/2782-604X-2022-2(583)-6-16. EDN TKJBDD.
24. Организация системы комплексной безопасности цифрового нефтегазового предприятия / Н. А. Еремин, В. Е. Столяров, А. Л. Пахомов, Е. А. Чудин // Автоматизация и информатизация ТЭК. 2022. № 4(585). С. 25-35. DOI 10.33285/2782-604X-2022-4(585)-25-35. EDN HXRRTI.
25. О вопросах эксплуатации цифровых систем управления на объектах газотранспортной системы / Н. А. Еремин, В. Е. Столяров, Е. А. Са-фарова, С. И. Гавриленко // Автоматизация и информатизация ТЭК. 2022. № 6(587). С. 14-23. DOI 10.33285/2782-604X-2022-6(587)-14-23. EDN QVBQOR.
26. Применение оптоволоконных технологий при нефтегазодобыче и обеспечении безопасности производственных объектов / Н. А. Еремин [и др.] // Автоматизация и информатизация ТЭК. 2022. № 10(591). С. 5-17. DOI 10.33285/2782-604X-2022-10(591)-5-17. EDN NJQPLL.
27. Столяров В. Е. Нормативно-правовое обеспечение инновационных разработок в нефтегазовой отрасли // Сб. науч. тр. Российский форум изыскателей. Всерос. конф. с междунар. участием. Москва, 16 октября 2020 года. Москва: ООО "Издательский дом КДУ"; «Добросвет», 2022. С. 99-106. EDN BIKUNG.
28. Сафарова Е. А., Филиппова Д. С., Столяров В. Е. Потенциальные возможности хранения водород-метановых смесей в существующей системе подземного хранения газа // Сб. науч. тр. «Молодые - Наукам о Земле»: X Междунар. науч. конф. молодых ученых. В 7 т. Москва, 31 марта 2022 года. Москва: Российский государственный геологоразведочный университет им. С. Орджоникидзе, 2022. С. 45-49. EDN ZHFXIJ.
29. Еремин Н. А., Столяров В. Е., Сафарова Е. А. Цели и индикаторы цифровой трансформации в нефтегазодобыче // Автоматизация и информатизация ТЭК. 2022. № 12(593). С. 6-14. DOI 10.33285/2782-604X-2022-12(593)-6-14. EDN QUJVPQ.
Дмитриевский Анатолий Николаевич, академик РАН, д-р геол.-минер. наук, проф., научный руководитель ИПНГ РАН, a.dmitrievsky@ipng.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 (РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина),
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 (РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина),
Столяров Владимир Евгеньевич, науч. сотр., ermn@mail.ru, Россия, Москва, Институт проблем нефти и газа Российской Академии наук (ИПНГ РАН), член НТС ПАО «Газпром»,
Черников Александр Дмитриевич, канд. техн. наук, вед. науч. сотр, cha60@mail.ru, Россия, Москва, Институт проблем нефти и газа Российской Академии наук (ИПНГ РАН)
DEVELOPMENT OF A DIGITAL GAS ECOSYSTEM ON THE BASIS OF A COMPREHENSIVE SCIENTIFIC AND TECHNICAL PROGRAM OF A FULL INNOVATIVE CYCLE
A.N. Dmitrievsky, N.A. Eremin, V.E. Stolyarov, A.D. Chernikov
The article considers the formation of a digital gas ecosystem based on platform solutions and integrated scientific and technical programs and projects of a full innovation cycle. The article reveals modern aspects of the creation and implementation of digital gas production technologies. The issues of digital modernization of gas production in the context of reducing the carbon footprint are outlined. The main problems in the implementation of digital modernization of the gas industry are identified: an acute shortage of personnel with digital competencies in the field of gas production, including specialists in opticalization, multi-sensorization, supercomputing, cybersecurity and petrorobotics. The humanitarian aspects of the introduction of strong artificial intelligence systems and petrorobotics of gas production are emphasized, in particular, the issues of retraining engineering and technical personnel for new digital specialties. It was revealed that in the gas industry, in the context of reducing the carbon footprint, it is planned to use fiber optic technologies, multi-sensor monitoring of gas production, digital twins of gas facilities, and hybrid artificial intelligence in decision-making.
Key words: gas ecosystem, integrated scientific and technical program (project), development, modernization, information, innovations, gas economy, smart technology, digital platform, digital field, digital well.
Dmitrievsky Anatoly Nikolaevich, academician of the russian academy of sciences, dr. geol.-miner. of sciences, professor, scientific supervisor of IPNG RAS, a.dmitrievsky@ipng.ru, Russia, Moscow, Institute of Oil and Gas Problems of the Russian Academy of Sciences (IPNG RAS); Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University) named after I.M. Gubkin (Russian State University of Oil and Gas (NRU) named after I.M. Gubkina),
Eremin Nikolay Alexandrovich, doctor of technical sciences, professor, chief science officer, ermn@mail.ru, Russia, Moscow, Institute of Oil and Gas Problems of the Russian Academy of Sciences (IPNG RAS); 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, ermn@mail.ru, Russia, Moscow, Institute of Oil and Gas Problems of the Russian Academy of Sciences (IPNG RAS), member of the NTS of PJSC Gazprom,
Chernikov Alexander Dmitrievich, candidate of technical sciences, veading sci. officer, cha60@mail.ru, Russia, Moscow, Institute of Oil and Gas Problems of the Russian Academy of Sciences (IPNG RAS)
Reference
1. Dmitrievsky A.N., Eremin N.A., Stolyarov V.E. Digital transformation in the implementation of complex scientific and technical programs of innovative development for the oil and gas industry // Gas industry. Scientific review. 2022. No. 10(839). pp. 24-34.
2. 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.
3. Introduction of complex scientific and technical programs at the late stages of operation of oil and gas fields / A.N. Dmitrievsky, N.A. Eremin, E.A. Safarova, V.E. Stolyarov // Socar Proceedings. 2022. No. 2. pp.1-9. DOI 10.5510/OGP2022SI200728.
4. Digital gas transport management systems / N. A. Eremin, V. E. Stolyarov, E. A. Safarova, S. I. Gavrilenko // Proceedings of the Tula State University. Earth sciences. 2022. Issue. 2. pp. 234-254. DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1-234-254.
5. Eremin N. A. Digital technologies of extraction of non-conventional oil reserves // Proceedings of Tula State University. Earth sciences. 2022. Issue. 2. pp. 255-270. DOI 10.46689/2218-5194-2022-2-1 -255-270.
6. Actual problems of digitalization of production processes in the oil and gas industry / N. A. Eremin, V. E. Stolyarov, A.D. Cherikov, I. K. Basnieva // Proceedings of Tula State University. Earth sciences. 2022. Issue 3. pp. 341-353.
7. 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 // Proceedings of Tula State University. Earth sciences. Issue 3. 2022. pp. 341-353.
8. Innovative technologies for preventing the absorption of drilling mud during the construction of wells / A.D. Chernikov, N. A. Eremin, A.V. Zamri, S. P. Chernykh // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2022. Issue. 2. pp. 399-414. DOI 10.46689/22185194-2022-2-1-399-414.
9. Intelligent complication prevention systems for safe well construction / A. N. Dmitrievsky, N. A. Eremin, A.D. Chernikov, S. O. Borozdin // Occupational safety in industry. 2022. No. 6. pp. 7-13. DOI 10.24000/0409-2961-2022-6-7-13.
10. Ensuring the safety of well construction based on the use of intelligent systems for early warning of complications / A. N. Dmitrievsky, N. A. Eremin, M. Ya. Gelfgat, A. I. Arkhipov // Proceedings of the Gubkin Russian State University of Oil and Gas. 2022. No. 1(306). pp. 40-51. DOI 10.33285/2073-9028-2022-1(306)-40-51.
11. Eremin N. A., Pyatibratov P. V., Skvortsov A. S. High-tech wells with a bionic profile for the development of deposits with high-viscosity and bituminous oil // Proceedings of the Gubkin Russian State University of Oil and Gas. 2022. No. 2(307). pp. 117-135. DOI 10.33285/2073-9028-2022-2(307)-117-135.
12. Eremin N. A., Skvortsov A. S. On a new technology for the development of bituminous deposits // Geophysics. 2022. No. 3. pp. 45-53. EDN PLNXAF.
13. Bogatkina Yu. G., Eremin N. A., Lyndin V. N. Methodological provisions on the formation of costs for the development of offshore fields of the Arctic shelf (on the example of the Prirazlomnoye field) // Problems of economics and management of the oil and gas complex. 2022. No. 4(208). pp. 12-16. DOI 10.33285/1999-6942-2022-4(208)-12-16.
14. Bogatkina Yu. G., Eremin N. A., Lyndin V. N. Feasibility study of the development of the Kazakhstan Stony deposit // Problems of economics and management of the oil and gas complex. 2022. No. 6(210). pp. 41-46. DOI 10.33285/1999-6942-2022-6(210)-41-46. EDN GSYUQA.
15. Dmitrievsky A. N., Eremin N. A. Digital technological polygons and the shale revolution // Subsoil use of the XXI century. 2022. No. 1(93). pp. 26-35. EDN RDNJNA.
16. Innovative technologies for preventing complications and emergencies during the construction of oil and gas wells. Application of microcontainers technology to combat takeovers / A. N. Dmitrievsky [et al.] // Drilling and oil. 2022. No. 9. pp. 6-13. EDN PJMJWJ.
17. Eremin N. A., Chernikov A.D., Stolyarov V. E. The importance of information for digital transformation in drilling and construction of oil and gas wells // Drilling and oil. 2022. No. 7-8. pp. 8-18. EDN KWZCMG.
18. Strategic directions for digitalization of collection, preparation and transportation of hydrocarbon products / N. A. Eremin [et al.] // Oil. Gas. Innovations. 2022. No. 6(259). pp. 9-15. EDN HFZTJY.
19. The importance of industrial oil and gas reserves for ensuring the stability of the development of the national economy / N. A. Eremin, S. G. Belyaev, A. P. Epishov, V. E. Stolyarov // Drilling and oil. 2022. No. 9. pp. 50-59. EDN HUTNFB. ISSN 2072-4799.
20. Zamri A.V., Chernykh S. P., Eremin N. A. Drilling and development of deposits with ultra-viscous oil and bitumen // Drilling and oil. 2022. No. 4. pp. 47-50. EDN QGMWEW.
21. Eremin N. A., Chernikov A.D., Stolyarov V. E. The importance of information for digital transformation in drilling and construction of oil and gas wells // Drilling and oil. 2022. No. 7-8. pp. 8-18. EDN KWZCMG.
22. The importance of industrial oil and gas reserves for ensuring the stability of the development of the national economy / N. A. Eremin, S. G. Belyaev, A. P. Epishov, V. E. Stolyarov // Drilling and oil. 2022. No. 9. pp. 50-59. EDN HUTNFB. ISSN 2072-4799.
23. Dmitrievsky A. N., Eremin N. A., Stolyarov V. E. Regulation and standardization for the use of digital technologies in the oil and gas complex // Automation and informatization of the fuel and energy complex. 2022. No. 2(583). pp. 6-16. DOI 10.33285/2782-604X-2022-2(583)-6-16. EDN TKJBDD.
24. Organization of the integrated security system of a digital oil and gas enterprise / N. A. Eremin, V. E. Stolyarov, A. L. Pakhomov, E. A. Chudin // Automation and informatization of the fuel and energy complex. 2022. No. 4(585). pp. 25-35. DOI 10.33285/2782-604X-2022-4(585)-25-35. EDN HXRRTI.
25. On the issues of operation of digital control systems on the objects of the gas transmission system / N. A. Eremin, V. E. Stolyarov, E. A. Safarova, S. I. Gavrilenko // Automation and informatization of the fuel and energy complex. 2022. No. 6(587). pp. 14-23. DOI 10.33285/2782-604X-2022-6(587)-14-23. EDN QVBQOR.
26. Application of fiber-optic technologies in oil and gas production and ensuring the safety of production facilities / N. A. Eremin [et al.] // Automation and informatization of the fuel and energy complex. 2022. No. 10(591). pp. 5-17. DOI 10.33285/2782-604X-2022-10(591)-5-17. EDN NJQPLL.
27. Stolyarov V. E. Regulatory and legal support of innovative developments in the oil and gas industry // Sb. nauch. tr. Russian Forum of prospectors. All-Russian conf. with internat. participation. Moscow, October 16, 2020. Moscow: LLC "KDU Publishing House"; "Dobrosvet", 2022. pp. 99-106. EDN BIKUNG.
28. Safarova E. A., Filippova D. S., Stolyarov V. E. Potential storage possibilities of hydrogen-methane mixtures in the existing underground gas storage system // Collection of scientific tr. Young - Earth Sciences: X International scientific conf. of young scientists. In 7 volumes, Moscow, March 31, 2022. Moscow: S. Ordzhonikidze Russian State Geological Development University, 2022. pp. 45-49. EDN ZHFXIJ.
29. Eremin N. A., Stolyarov V. E., Safarova E. A. Goals and indicators of digital transformation in oil and gas production // Automation and informatization of TEK. 2022. No. 12(593). pp. 6-14. DOI 10.33285/2782-604X-2022-12(593)-6-14. EDN QUJVPQ.
