CC BY
240
УДК 004
https://doi.org/10.24411/0131-4270-2020-10404
ВНЕДРЕНИЕ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В НЕФТЕГАЗОВУЮ ОТРАСЛЬ РОССИИ
IMPLEMENTATION OF DIGITAL TECHNOLOGIES IN THE OIL AND GAS INDUSTRY OF RUSSIA
И.И. Хасанов1, Ю.А. Рахматуллина1, Р.А. Шакиров2
1 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: ilnur.mt@mail.ru E-mail: yraxmat@bk.ru
2 Филиал ПАО АНК «Башнефть» «Башнефть-Новойл», 450037, г. Уфа, Россия ORCID:http://orcid.org/0000-0002-7017-081X,
E-mail: rshakirov.02@gmail.com
Резюме: В исследовании приводится обоснование необходимости внедрения новых технологических решений цифрового характера в нефтегазовую отрасль. Указаны ключевые действия по цифровизации отдельных отраслей - разведки и добычи, переработки и транспорта нефти. Рассмотрены основные примеры ввода инновационных цифровых технологий в области транспорта и хранения нефти.
Ключевые слова: цифровые технологии, инновации, нефть, ТЭК, модернизация.
Для цитирования: Хасанов И.И., Рахматуллина Ю.А., Шакиров Р.А. Внедрение цифровых технологий в нефтегазовую отрасль России // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2020. № 4. С. 24-28.
D0I:10.24411/0131-4270-2020-10404
Yuliya I. Khasanov1, Yuliya A. Rakhmatullina1, Ruslan A. Shakirov2
1 Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: ilnur.mt@mail.ru E-mail: yraxmat@bk.ru
2 Branch of PJSC ANK Bashneft Bashneft-Novoil 450037, Ufa, Russia
0RCID:http://orcid.org/0000-0002-7017-081X, E-mail: rshakirov.02@gmail.com
Abstract: The research work presents the rationale for the implementation of new technological solutions connected with digitalization for the oil and gas industry. Key actions for the digitalization of certain industries such as exploration and production, refining and transportation of oil - are indicated. The main examples of innovative digital technologies in the field of oil transportation and storage are considered.
Keywords: digital technologies, innovation, oil, fuel and energy complex, modernization.
For citation: Khasanov I.I., Rakhmatullina YU.A., Shakirov R.A. IMPLEMENTATION OF DIGITAL TECHNOLOGIES IN THE OIL AND GAS INDUSTRY OF RUSSIA. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2020, no. 4, pp. 24-28.
DOI:10.24411/0131-4270-2020-10404
В последнее время, особенно начиная со второй половины 2017 года, возросла степень неопределенности в развитии нефтегазового комплекса. За прошедший год произошли глубокие изменения на рынке углеводородов, происходит трансформация нефтегазовой отрасли и энергетики в целом. Источником многих проблем стали наблюдаемые в последнее время нерыночные условия и непредсказуемость работы отрасли. Прежде всего это связано с санкциями и различного рода ограничениями, которые используются в целях создания конкурентного преимущества в реальных секторах экономики. Это касается не только нашей страны, но и ряда других стран с богатым нефтегазовым потенциалом [1].
На сегодняшний день среди основных проблем нефтяной отрасли России выделяются следующие:
- существенная доля потерь нефти и нефтепродуктов на пути от скважины до конечного потребителя: по статистике, потери нефти на пути от нефтепромыслов до нефтебаз и нефтехранилищ составляют до 10%;
-ухудшение качества нефти, характерное для месторождения в период начала выхода пластовых вод, приводящее к износу нефтеперекачивающего, нефтеперерабатывающего и нефтеперевозящего оборудования;
- увеличение затрат на обслуживание нефтегазовых скважин практически в 1,5 раза за 2018 год [2].
Для увеличения эффективности добычи нефти предполагается инвестировать в нефтяную промышленность России
до 15 трлн руб. до 2030 года. Распределение инвестиций по направлениям отрасли представлено на рис. 1 [3].
Данные проблемы заставляют задуматься о применении цифровых технологий. Специалисты British Petroleum считают, что современные технологии помогут увеличить мировую нефтедобычу на 40% к 2050 году, а себестоимость нефти уменьшится на треть. Нефтегазовая отрасль характеризуется тем, что является одной из отраслей, где отсутствие цифровых технологий повлечет за собой потерю конкурентоспособности компании на мировом рынке. Практически для всех имеющихся месторождений
I
Рис. 1. Структура инвестиций в российскую нефтяную промышленность до 2030 года
16 14 12 10
8 6 4
2 0
Переработка
Транспорт и хранение
Разведка и добыча
эффективность добычи выходит на первый план, и эта тенденция будет только усиливаться. Иностранные и отечественные компании начали данное внедрение еще до того, как была утверждена программа «Цифровая экономика Российской Федерации на период до 2025 года». Основным трендом в данной отрасли будет исключение человеческого фактора в тех отраслях работы, где это окажется возможным.
Деятельность корпораций в нефтяной и газовой отрасли проходит в несколько этапов, для которых уже внедрены цифровые технологии. Этапы выглядят следующим образом.
1. Разведка. Задачей этапа является разработка цифровой модели географического участка, где в перспективе будет создана нефтяная скважина. Модель должна предоставлять информацию о развитии пласта за промежуток времени, потенциальный запас месторождения и особенности рельефа.
Современные технологии, использующие информационные системы, имеют свои названия у каждой компании: Shell (Smart Field), Chevron (i-Field), BP (Field of future), Halliburton (Real Time Operations) Schlumberger, (Smart Wells), Роснефть («Цифровое месторождение») и т.д.
Несмотря на разницу в названиях, новые технологии управления, по сути, близки и одинаковы по своим целям и решаемым задачам в режиме реального времени: ускоренная обработка все возрастающего объема информации; моделирование многочисленных сценариев производства; максимизация добычи и достижение высоких коэффициентов извлечения углеводородов; выбор рационального варианта развития; принятие управляющих решений и выполнение работ по оптимизации производства [4].
2. Нефтедобыча. С развитием вычислительных мощностей процесс бурения цифровизируется и визуалируется в ряде компаний. Целью является наиболее точное представление рельефа и пласта, рациональное управление в реальном времени буровым оборудованием.
Центр управления бурением «Геонавигатор», используемый в компании «Газпром нефть», в режиме реального времени собирает информацию о бурении, добыче нефтескважин; полученные данные параллельно передаются в систему «Электронная обработка активов». Это позволяет сократить энергопотребление на 15%, снизить расходы на бурение, а срок службы оборудования увеличивается на 20%. В системе «Геомейт» хранится информация обо всех месторождениях компании, благодаря которой специалисты могут всегда иметь доступ к сведениям о состоянии месторождений в реальном времени [5].
3. Транспорт и транспортная логистика. Основными требованиями к трубопроводным системам, транспортирующим нефть и газ, остаются обеспечение высокого уровня безопасности транспортировки и экономическая эффективность операционной деятельности. Трубопроводные компании работают во все более сложных условиях, заключающихся в соблюдении строгих нормативов и правил и требующих расширения трубопроводных систем и увеличения квалифицированной рабочей силы. Операторы трубопроводного транспорта для решения данных задач используют внедрение методов совершенствования сбора данных, на основе которых строится оценка различных рисков и разрабатываются превентивные меры устранения возможных инцидентов и минимизации уровня отказов оборудования.
Повышение эффективности сохранения целостности и бесперебойной работы трубопроводных систем формируется на фоне двух конъюнктурных характеристик: высокой степени износа мировой трубопроводной системы и увеличения потребления энергетических ресурсов мировой экономикой, повышающего нагрузку на имеющиеся мощности и требующего значительного инвестирования в проектирование и строительство новых трубопроводных систем.
Основная технология автоматического сбора данных и показателей трубопроводных линий SCADA - программное обеспечение в режиме реального времени, осуществляющее сбор данных, обработку, архивирование информации об объекте мониторинга, - внедрена практически всеми операторами трубопроводного транспорта и демонстрирует высокий уровень эффективности. Выстроенная система контроля функционирования процесса эксплуатации в режиме реального времени трубопроводной инфраструктуры, например насосных и компрессорных станций, измерения давления в трубопроводах, состояние терминалов и резервуарных парков, позволяет обеспечивать эффективное управление трубопроводными системами, включая управление энергопотреблением.
Однако в рамках мониторинга не учитывается информация о состоянии отдельных технологических элементов трубопроводных систем, труднодоступных для диагностики автоматизированными средствами контроля. Также затруднен сбор и систематизация данных прошлых периодов значительного временного лага. Отсутствие единого и полного информационного поля снижает эффективность анализа и аналитической работы риск-менеджмента.
В настоящее время в трубопроводной отрасли наблюдается интенсивное инвестирование в новые технологии в целях повышения уровня контроля эксплуатационных параметров и достоверности результатов диагностики состояния трубопроводных систем. Создание технологии, базирующейся на возможностях нескольких существующих систем сбора данных и контроля, решает вопрос интеграции различных эффективных способов получения информации и создания целостной цифровой платформы для работы с информацией. Эффективная цифровая конвергенция может быть установлена между базами данных имеющихся активов, геоинформационной платформой (GIS), программой моделирования рисков, диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), глобальной системой позиционирования (GPS), а также системой управления рабочими процессами.
Инновационными внедрениями на этапе сбора данных являются установка систем беспроводной сенсорной сети (WSN), бортового вычислительного зондирования и использование возможностей беспроводной связи. Узлы и алгоритмы датчиков WSN могут предоставлять широкий спектр информации с одновременным контролем большого количества пунктов промежуточного сбора данных.
Другим важным направлением, необходимым для охвата единой цифровой платформы, является формирование доступной и структурированной базы данных прошлых периодов. Данная проблема непосредственно связана с общим подходом к действующей системе управления на предприятиях.
Основой эффективного использования превентивных мер управления трубопроводным транспортом является
использование аналитики на основе BigData, что позволяет своевременно идентифицировать условия эксплуатации линий, определить направление обеспечения безопасности, выявить амплитуду рисков и в целом оптимизировать операционную и коммерческую деятельность трубопроводных компаний. Задачи обработки информации и обеспечения процесса принятия решений в реальном времени с привлечением широкого круга специалистов предоставляют такие программы, как Google Glass, Epson Moverio, в рамках визуализации операционных процессов, технических деталей состояния трубопроводных систем, формирования 3D-изображений для предоставления неограниченному количеству специалистов, в том числе операторов трубопроводных систем [6].
В качестве последних примеров применения цифровых технологии в области транспорта и транспортной логистике можно предоставить следующие.
Система управления логистикой в Арктике «Капитан», реализованная компанией «Газпром нефть», анализирует такие данные, как: суточные объемы добычи нефти, объемы накопления нефти в нефтехранилищах, местоположение и характеристика движения судна, ситуация со льдами на морском пути, погодные условия, график приливов и отливов, самостоятельно формирует график движения танкеров и ледоколов. Данная программа обрабатывает около 7 тыс. входных параметров и выдает оптимальные логистические решения, просчитывая более 1 млн возможных вариантов и оперативно реагируя на возможные отклонения.
Иным программным решением, позволяющим обеспечить цифровой учет движения авиатоплива, является «Цифровой ТЗК». Комплекс позволяет осуществлять автоматизированный коммерческий учет авиатоплива, тем самым достигая высокого уровня безопасности, и дистанционное управление производственной деятельностью. Система также страхует оператора от ошибок при определении массы выданного топлива и заполнении первичной документации после заправки воздушного судна. Цифровая платформа сбыта позволяет точно настраивать продуктовое и сервисное предложение под каждого клиента, быстро создавать и выводить на рынок новые продукты и сервисы, предоставлять потребителю моментальный доступ к необходимому решению [7]. Данный проект реализуется постепенно, одним из последних реализованных этапов является ввод цифровой системы анализа качества авиатоплива [8]
Крупнейшие нефтегазовые компании России стали применять беспилотные воздушные суда, изготовленные концерном Калашникова, для мониторинга трубопроводных систем. Их запустили Роснефть, Газпром нефть, Газпром, ЛУКОЙЛ, Татнефть и Транснефть. Беспилотники оснащаются тепловизорами и системой навигации. Это позволяет, оценивать возможные смещения и повреждения трубы, определять незаконные врезки и вызывать технический сервис на конкретные участки. Использование беспилотных
аппаратов дает возможность снижать затраты на проведение эксплуатационных работ примерно на 85%. Газпром использует беспилотные аппараты (БПЛА) и для обследования потенциально нефтеносных участков. Компания применяет БПЛА для измерения характеристик магнитных полей определенных локаций. Если сравнить затраты ресурсов на такие исследования, выполняемые традиционными методами, то аппараты требуют примерно в три-четыре раза меньше и времени, и денег [5].
Дроны в нефтегазовой отрасли применяются для визуального мониторинга состояния окружающей среды. Они стали отличной заменой вертолетам типа МИ-8 за счет своих габаритов и маневренности. Дроны позволяют осуществлять видеосъемку в режиме реального времени и делать фотографии высокого качества [9]. Благодаря изучению территорий с помощью дронов можно спрогнозировать и избежать неблагоприятных последствий, которые могут быть вызваны воздействием нефтегазового комплекса на схожих по физико-географическим признакам территориях [10].
Дочерняя структура Транснефти АО «Омега» применило нейронные сети для точного распознавания сигналов своей оптоволоконной системы мониторинга трубопроводов. Это пятое поколение системы, созданной компанией, которую от аналогов отличают также усовершенствованные температурные и виброакустические датчики и новое программное обеспечение [11].
Серийно выпускаемая система обнаружения утечек и контроля активности (СОУиКА) «ОМЕГА» в настоящий момент базируется на двух подсистемах - DTS (Distributed Temperature Sensor, распределенный датчик температуры) и DAS (Distributed Acoustic Sensor, распределенный акустический датчик).
Для комплексного применения датчиков обоих типов в пункте контроля и управления магистрального нефтепровода БТС-2 специалистами был успешно испытан опытный образец блока СОУиКА «ОМЕГА», работающий в линейном режиме регистрации виброакустического сигнала (фото 1). В результате испытаний, соответствующих имитации утечки и активности, обнаружилось, что новое оборудование фиксирует изменения виброакустического поля, вызванные утечкой, имитированной с использованием заглубленного в грунт баллона, жидкость в который нагнетал насос
I 1. Прокладка оптоволоконного кабеля-датчика СОУиКА «ОМЕГА» [12]
пожарной машины: работающий в линейном режиме новый виброакустический блок отличается большей чувствительностью по сравнению с применявшейся ранее аппаратурой. Но основное преимущество, которое уже реализовано с переходом на новое поколение оборудования, - возможность получения сигнала об утечке на основании анализа виброакустического поля в совокупности с сигналом анализатора изменения температуры [12].
Применение нейросетей для анализа данных позволяет разделять малозначимые (например, прогон скота) и потенциально опасные события (действия злоумышленников, разрушающее воздействие окружающей среды и др.) значительно быстрее и точнее, нежели это делают системы предыдущих поколений. При этом нейросеть способна самообучаться, что позволяет делать интерпретацию событий еще более точной [11].
Таким образом, в области трубопроводного транспорта происходят процессы, направленные на использование широкого спектра мер, позволяющих улучшить качество мониторинга и контроля системы, что повышает эффективность трубопроводного транспорта в целом.
По данным [13], на сегодняшний день уровень импор-тозависимости программного обеспечения и автоматизированных систем управления в российской нефтегазовой отрасли составляет от 80% для области транспортировки и хранения до 98% в переработке (рис. 2).
Разработка собственных программных продуктов в будущем потребует обеспечение кибербезопасности на соответствующем уровне. Цифровизация может стать
Рис. 2. Уровень импортозависимости программного
обеспечения и автоматизированных систем управления
20 40 60 80
Уровень импортозависимости, %
100
■ транспорт и хранение □ разведка
■ добыча
■ переработка
сильным мотиватором для структуры изменения нефтегазовой отрасли и обозначить предпосылки для преобразования производственного процесса в соответствии с современными реалиями, что позволит создать условия для технологического прорыва и увеличить экономическую эффективность отрасли в целом.
0
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ларченко Л.В. Нефтегазовая отрасль России: современное состояние и направления развития в условиях неопределенности // Общество. Среда. Развитие (Terra Humana). 2019. № 1. С. 9-13.
2. Щербанин Ю.А. Логистика в нефтегазовой отрасли: некоторые положения и соображения // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2016. № 4. С. 22-24.
3. Нефтяные приоритеты России: Время: информационно-аналитическое издание. URL: http://www.time-samara. ru/content/view/383250/neftyanye-prioritety-rossii/ (дата обращения 25.08.2020).
4. Филиппов Т.К., Плотников И.Г. Использование цифровых технологий при принятии управленческих решений в нефтегазовом производстве // Аллея науки. 2020. Т. 1. № 5 (44). С. 964-969.
5. Черняев Д.С., Намиот Д.Е. Роль цифровых технологий в разведке, добыче и транспортировке нефтегазовых продуктов // International Journal of Open Information Technologies. 2019. Т. 7. № 11. С. 79-85.
6. Салыгин В.И., Гулиев И.А., Акиева Л.Б., Кривошеева Е.Л. Применение цифровых технологий в области транспортировки нефти и нефтепродуктов // Экономика: вчера, сегодня, завтра, 2019. Т. 9. № 4А. С. 438-447.
7. Цифровая эволюция российской нефтянки: ТАСС. URL: https://digitalevolution.tass.ru/ (дата обращения: 12.08.2020).
8. Газпром нефть внедрила цифровую систему анализа качества авиатоплива: Цифровая экономика. URL: https://www.comnews.ru/digital-economy/content/207905/2020-07-06/2020-w28/gazprom-neft-vnedrila-cifrovuyu-sistemu-analiza-kachestva-aviatopliva/ (дата обращения 04.08.2020).
9. Янников И.М., Фомин П.М., Габричидзе Т.Г., Захаров А.В. Применение беспилотных летательных аппаратов при разведке труднодоступных и масштабных зон чрезвычайных ситуаций // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2012. № 3. С. 49-53.
10. Дунаева Е.А. Использование систем навигации для целей технологического сельскохозяйственного мониторинга // Таврический вестник аграрной науки. 2016. № 2 (6). С. 138-148.
11. Цифровая труба: Neftegaz.ru. URL: https://magazine.neftegaz.ru/articles/pervaya-strochka/509673-tsifrovaya-truba/ (дата обращения 20.08.2020).
12. Нефть и цифра: Центрально-диспетчерское управление топливно-энергетического комплекса/ URL: https:// www.cdu.ru/tek_russia/articles/1/756/ (дата обращения 17.08.2020).
13. Васютинская С.И., Малкина В.Д., Турбин А.И. Оптоволоконная система мониторинга «Омега»: нейронные сети на страже трубопроводов // Экологический вестник России. 2016. № 11. С. 22-25.
REFERENCES
1. Larchenko L.V. Oil and gas industry in Russia: current state and development directions in conditions of uncertainty. Obshchestvo. Sreda. Razvitiye (Terra Humana), 2019, no. 1, pp. 9-13 (In Russian).
2. Shcherbanin YU.A. Logistics in the oil and gas industry: some provisions and considerations. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2016, no. 4, pp. 22-24 (In Russian).
3. Neftyanyye prioritety Rossii: informatsionno-analiticheskoye izdaniye «Vremya» (Oil priorities of Russia: Vremya information and analytical publication) Available at: http://www.time-samara.ru/content/view/383250/neftyanye-prioritety-rossii/ (accessed 25 August 2020).
4. Filippov T.K., Plotnikov I.G. The use of digital technologies in making managerial decisions in oil and gas production. Alleya nauki, 2020, vol. 1, no. 5 (44), pp. 964-969 (In Russian).
5. Chernyayev D.S., Namiot D.YE. The role of digital technologies in the exploration, production and transportation of oil and gas products. International Journal of Open Information Technologies, 2019, vol. 7, no. 11, pp. 79-85 (In Russian).
6. Salygin V.I., Guliyev I.A., Akiyeva L.B., Krivosheyeva YE.L. Application of digital technologies in the field of transportation of oil and petroleum products. Ekonomika: vchera, segodnya, zavtra, 2019, vol. 9, no. 4A, pp. 438-447 (In Russian).
7. Tsifrovaya evolyutsiya rossiyskoy neftyanki: TASS (Digital evolution of the Russian oil industry: TASS) Available at: https://digitalevolution.tass.ru/ (accessed 12 August 2020).
8. Gazprom neft' vnedrila tsifrovuyu sistemu analiza kachestva aviatopliva: Tsifrovaya ekonomika (Gazprom Neft has introduced a digital system for analyzing the quality of aviation fuel: Digital Economy) Available at: https://www. comnews.ru/digital-economy/content/207905/2020-07-06/2020-w28/gazprom-neft-vnedrila-cifrovuyu-sistemu-analiza-kachestva-aviatopliva/ (accessed 04 August 2020).
9. Yannikov I.M., Fomin P.M., Gabrichidze T.G., Zakharov A.V. The use of unmanned aerial vehicles for reconnaissance of hard-to-reach and large-scale emergency zones. Vektor nauki Tol'yattinskogo gosudarstvennogo universiteta, 2012, no. 3, pp. 49-53 (In Russian).
10. Dunayeva YE.A. The use of navigation systems for the purposes of technological agricultural monitoring. Tavricheskiy vestnik agrarnoy nauki, 2016, no. 2 (6), pp. 138-148 (In Russian).
11. Tsifrovaya truba: Neftegaz.ru (Digital trumpet: Neftegaz.ru) Available at: https://magazine.neftegaz.ru/articles/pervaya-strochka/509673-tsifrovaya-truba/ (accessed 20 August 2020).
12. Neft' i tsifra: Tsentral'no-dispetcherskoye upravleniye toplivno-energeticheskogo kompleksa (Oil and digital: Central Dispatch Office of the Fuel and Energy Complex) Available at: https://www.cdu.ru/tek_russia/articles/1/756/ (accessed 17 August 2020).
13. Vasyutinskaya S.I., Malkina V.D., Turbin A.I. Omega fiber optic monitoring system: neural networks guarding pipelines. Ekologicheskiy vestnik Rossii, 2016, no. 11, pp. 22-25 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Хасанов Ильнур Ильдарович, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Шакиров Руслан Азатович, оператор, Филиал ПАО АНК «Башнефть» «Башнефть-Новойл».
Рахматуллина Юлия Александровна, студент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Ilnur I. Khasanov, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
Ruslan A. Shakirov, Operator, Branch of PJSC ANK Bashneft, Bashneft-Novoil.
Yuliya A. Rakhmatullina, Student of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
