как это делается / цифровые технологии

О добыче нефти часто говорят так, будто это что-то плохое. Мол, воткнул трубу в землю — и собирай ренту. Это не было правдой даже во времена братьев Нобелей, теперь же и подавно не имеет ничего общего с реальностью. Современное нефтяное месторождение ничуть не менее технологично, чем ядерный реактор, а современные нефтяники — не чумазые парни в касках, которые так хорошо смотрятся на снимках, а специалисты в области компьютерных технологий. Образцом такого подхода служит проект "Интеллектуальное месторождение" ПАО "ЛУКОЙЛ".

Месторождение находят, обустраивают, эксплуатируют. Бурятся одни скважины, выходят из строя другие. Строится и модернизируется наземная инфраструктура. Наконец месторождение истощается, его выводят из эксплуатации и переоборудуют, например, в подземное хранилище газа. И в течение всего жизненного цикла его сопровождает "цифровой двойник" — интегрированная математическая модель всей производственной цепочки, встроенная в бизнес-процессы компании и ее IT-архитектуру. Множество факторов — от пластового давления до ситуации на рынке — анализируются, сводятся воедино и составляют основу, на которой геологи и технологи принимают оперативные решения и строят планы развития.

Во всем нужна система

Так в идеале функционирует проект "Интеллектуальное месторождение" компании ЛУКОЙЛ. Увы, наш мир не идеален. Примеры, когда "двойник" создается для месторождения, на котором пока нет ничего, кроме разведочной скважины и нескольких десятков датчиков, есть, но немногочисленны. В основном интегрированные модели сейчас строятся для уже работающих месторождений, в том числе тех, сроки эксплуатации которых исчисляются десятилетиями. На сегодняшний день работают уже более 20 моделей, а до 2025 года интегрированные модели будут построены по всем приоритетным месторождениям компании.

"Интеллектуальное месторождение" в компании определяют как совокупность организационных, технологических и информационных решений, позволяющих эффективно управлять месторождениями. В центре располагается интегрированная модель, в которой учитывается более 40 параметров производственной цепочки "от пласта до потребителя". "Сердце" модели — это информация о работе пласта, скважин и оборудования, а также программное обеспечение для интегрированного моделирования. В основе лежат физико-математические алгоритмы, позволяющие объединять данные производственных и учетных систем с системами интегрированного и гидродинамического моделирования — проводить детальный анализ сценариев добычи, сравнивать их между собой и выбирать из множества вариантов самый оптимальный.

Система позволяет проводить регулярный перерасчет производственных показателей для последующей оптимизации технологических параметров в случае их отклонения от оптимальных. "Месторождение живет, меняются его параметры. Мы учимся прогнозировать, учитывать эти изменения и заранее планировать компенсационные мероприятия там, где это необходимо и возможно",— говорит начальник департамента обеспечения добычи нефти и газа ПАО "ЛУКОЙЛ", руководитель проекта "Интеллектуальное месторождение" Азат Хабибуллин.

Еще несколько лет назад разные службы — экономическая, технологическая, геологическая и прочие — работали автономно, каждая по своему направлению, рассказал "Науке" генеральный директор ООО "ЛУКОЙЛ-Инжиниринг" Вадим Воеводкин. Его подразделение как раз и занимается созданием (а впоследствии и актуализацией) интегрированных моделей месторождений. Использовались и системы моделирования — как на этапе подготовки к эксплуатации, так и в течение всего жизненного цикла месторождения. Но технологии эти были дороги и применялись локально: бралась какая-то одна проблема, которую моделировали в специальном программном комплексе и предлагали решение, зачастую без учета воздействия на связанные объекты. Например, рост дебета скважины в результате гидроразрыва пластов рассчитывался, а снижение добычи на соседних скважинах с возможным выходом насосного оборудования на неоптимальные режимы работы — уже нет.

Сегодня появилась возможность перейти к комплексному подходу в управлении процессами. Для этого в нефтегазодобывающих подразделениях компании создаются центры интегрированных операций (ЦИО), в которые стекается вся информация о технологических процессах на месторождении. Эта информация анализируется, в частности, сравнивается с показателями, которые рассчитываются на модели для стабильно работающей системы. Расхождение реальных и расчетных параметров служит поводом для работающей в ЦИО мультидисциплинарной команды специалистов обратить внимание на возможные проблемы.

"Раньше было как: идет оператор, видит, что скважина остановилась — а у него же десятки других скважин, которые он должен обойти,— и он приходил и передавал информацию об инциденте уже в конце рабочего дня",— говорит Вадим Воеводкин. Фактически к устранению неполадок приступали с опозданием на сутки, а то и больше. Сегодня месторождения оснащаются средствами измерения и передачи данных, чтобы видеть информацию онлайн. Сегодня уже виден эффект от повышения скорости принятия и качества решений на оснащенных интегрированными моделями месторождениях.

Кроме того, налицо повышение стандартов промышленной безопасности. Внедрение интегрированного моделирования, совершенствование систем мониторинга технологических процессов дали возможность настройки систем на оптимальный режим работы. В результате на объектах, оснащенных интеллектуальными системами, за все время их работы (с 2015 года) не было зафиксировано ни одного серьезного инцидента.

Применение цифровых технологий на месторождениях на поздних стадиях разработки призвано в том числе продлить их продуктивный период. "Сдвиг основной российской добычи в регион Восточной Сибири и арктическую зону не сможет полностью компенсировать естественное снижение добычи на выработанных месторождениях Западной Сибири и Волго-Уральского региона",— утверждалось в прошлогоднем отчете Международного энергетического агентства. ""Интеллектуальное месторождение" — очень мощный инструмент поддержания экономически оправданной добычи именно на старых месторождениях",— парирует Азат Хабибуллин.

От Ирака до Сибири

История проекта началась в 2011 году, когда была построена концепция обустройства и развития месторождения Западная Курна-2 в Ираке. Стремление сделать месторождение максимально цифровым диктовалось несколькими соображениями. Первое — сокращение издержек и максимизация прибыли. Второе — снижение рисков для персонала. Ирак оставался Ираком, еще за несколько лет до начала работ в ЛУКОЙЛе на все вопросы о Курне категорически отвечали, что, пока не прекратится стрельба, компания и близко не подойдет к иракской нефти. После прекращения боевых действий опасность снизилась, но не исчезла.

Примерно в то же время концепцию интегрированных операций создали для одного из крупнейших активов ЛУКОЙЛа — месторождения Южный Ягун в Западной Сибири, освоение которого началось еще в 1982 году. По результатам этих проектов и опыта, полученного при создании моделей в Казахстане и Узбекистане, было принято решение о масштабировании этих наработок на другие активы. В 2014 году "Интеллектуальное месторождение" оформилось в проект на уровне компании, и началась работа по проектированию и созданию центров интегрированных операций, а в 2016-м первый такой центр на территории РФ заработал в ООО "ЛУКОЙЛ-Пермь".

"Если раньше цифровые технологии имели ограниченное распространение, то сейчас понятно, что на пороге их массового применения мы просто обязаны быть в авангарде, чтобы оставаться эффективной высокотехнологичной компанией",— говорит Азат Хабибуллин. Речь прежде всего идет о средствах сбора, передачи и хранения информации и моделирования.

Впрочем, выделить какую-то одну технологию и сказать, что именно ей мы обязаны появлением "Интеллектуального месторождения", нельзя, утверждает Вадим Воеводкин. Только комплексное применение всех технических новшеств позволяет, во-первых, разместить датчики на скважинах и объектах инфраструктуры. Во-вторых, оперативно передавать эту информацию. И, в-третьих,— так же оперативно эту информацию анализировать в ЦИО и использовать при принятии решений.

В компании любят упоминать правило Парето — 20% вложений дают 80% прибыли

Цифровые люди

Именно с проблемой качества информации пришлось столкнуться специалистам "ЛУКОЙЛ-Инжиниринга" при разработке интегрированных моделей. Так, адаптация одной из моделей к реальности заняла несколько месяцев! "До недавнего времени различная информация — о скважинах, о ремонтах, о давлениях и прочем — находилась в разных хранилищах, в разных программных продуктах,— рассказывает Вадим Воеводкин.— И когда начали делать интегрированную модель и сводить полученные разным путем данные, они просто не сошлись".

Качество данных, полученных 40-50 лет назад, также требует оценки. Чтобы избежать этих проблем в будущем, в "ЛУКОЙЛ-Инжиниринге" запустили проекты единого информационного пространства и единого банка данных, куда будет собираться вся информация с месторождений.

Еще одно направление повышения качества данных — снижение влияния человеческого фактора. До сих пор часть информации вводится в базы данных вручную или переносится на флешках. Автоматизация рабочих процессов — существенная часть проекта "Интеллектуальное месторождение". "Внедряя новые технологии, мы идем к тому, чтобы сделать работу людей более продуктивной. Мы освобождаем наших специалистов от рутинных операций. В то же время применение современных инструментов предъявляет более высокие требования к квалификации инженеров, и для формирования необходимых компетенций в компании реализуется программа обучения работников",— говорит Азат Хабибуллин.

Неожиданная проблема, с которой пришлось столкнуться разработчикам систем "Интеллектуального месторождения",— инерция мышления. "Нефтяная промышленность развивалась десятилетиями и с учетом того огромного опыта, который накоплен у людей, стереотипы также огромны",— говорит Вадим Воеводкин. Лучший способ их преодоления — подготовить новых специалистов. Этому в компании уделяется большое внимание. Пять кафедр в профильных вузах — две в Москве и по одной в Перми, Тюмени и Волгограде — выпускают "цифровой персонал", специалистов, имеющих навыки применения цифровых технологий. Большая часть выпускников прямо со студенческой скамьи приходит на работу в ЛУКОЙЛ.

Правило Парето

Создание полноценного "цифрового двойника" месторождения — дело будущего, хотя, по-видимому, и недалекого. Пока речь идет о разработке математических вычислительных моделей производственных процессов. "Сейчас мы строим пять таких моделей, причем одна из них, модель Южно-Ягунского месторождения с фондом в 1,5 тыс. скважин, станет крупнейшей в России. Это огромный актив для моделирования и серьезный вызов для нас",— говорит Азат Хабибуллин. "Даже чисто технически обеспечить поступление качественных данных, работоспособность и быстродействие на таком массиве уже непростая задача. Мы используем как программные продукты зарубежных компаний, так и российский софт. Это позволяет обезопасить себя от разного рода политических факторов",— объясняют в компании. Кроме того, российское ПО не уступает лучшим мировым образцам. Это, например, гидродинамический симулятор T-Navigator от резидента "Сколкова" компании RFD, информационная система OIS разработки ГИС-АСУ, проект "Инженерный симулятор" Пермского НИПУ и ряд других. Особой гордостью ПАО "ЛУКОЙЛ" стала корпоративная автоматизированная система управления интегрированными моделями, разработанная совместно с ITPS и получившая премию конкурса лучших IT-проектов для нефтегазовой отрасли в номинации "Цифровое месторождение" в сентябре 2018 года.

Что касается элементной базы, то она почти вся производится международными компаниями. Однако российские предприятия уже освоили производство датчиков, систем связи и передачи информации.

Разумеется, в ЛУКОЙЛе далеки от мысли оснастить интеллектуальными системами все свои месторождения. "Мы можем увешать скважины огромным количеством датчиков. Но увеличит ли это стоимость компании?" — задает риторический вопрос руководитель проекта. Поэтому прежде всего внимание обращается на активы, приносящие максимальную ценность, расположенные на морском шельфе или в жестких природно-климатических и общественно-политических условиях. В компании любят упоминать правило Парето — 20% вложений дают 80% прибыли. Имеющиеся планы — довести количество действующих интегрированных моделей до 124 — означают, что ими будет охвачено примерно 20% всех имеющихся месторождений. В пересчете на запасы это уже половина, а на добычу — 80%.

Впрочем, это пока. Раньше технологии моделирования были запредельно дороги, их могла позволить себе только космическая отрасль, где деньги считать не принято. Потом они пришли в морскую нефтедобычу, где цена ошибки крайне высока (вспомним хотя бы взрыв платформы Deepwater Horizon компании ВР в Мексиканском заливе). Сейчас стало оправданным их применение на крупных месторождениях. Что завтра? ""Интеллектуальное месторождение" — не какое-то законченное решение, это постоянно развивающийся организм",— говорит Вадим Воеводкин. По мере готовности систем в ход пойдут нейронные сети, принципы машинного обучения, искусственный интеллект.

Если раньше цифровые технологии имели ограниченное распространение, то сейчас понятно, что на пороге их массового применения мы просто обязаны быть в авангарде

Дмитрий Павлович