Нафта без людини: як роботи і інтернет речей змінили нафтовидобуток

Процеси і технології видобутку нафти і газу постійно еволюціонують, розвиваються і пов'язані з ними

виробничі сфери. Потрібно здобувати все більше, щоб задовольнити промисловий попит, причому не тільки для виробництва бензину або дизельного палива, але і для створення синтетичних матеріалів, які необхідні сучасній людині. Чотири з п'яти навколишніх предметів частково або повністю складаються з пластиків, одержуваних на нафтохімічних підприємствах.

Джерело: habr.com

Будь-які види пластика - синтетичні тканини,пластикові вікна, пакувальні матеріали, водопровідні труби, корпуса електронних пристроїв, медичне обладнання та багато іншого - це продукція нафтохімії. Попит на перераховані товари постійно зростає, а з ним ростуть потреби в обсягах видобутку нафти і газу.

Головне обмеження процесу поставки ресурсів наринок - їх безпосередня видобуток. Щоб родовище могло дати максимальну віддачу ресурсів, необхідні сучасні та високотехнологічні способи видобування нафти і газу. Технології дозволяють підняти коефіцієнт вилучення нафти з типових 30 до 70% і підвищити дебет нових свердловин до 100-150 т на добу, збільшивши нефтеотдачу відповідно до потреб ринку.

Модернізуються і вдосконалюються все областінафтогазової промисловості: розвідка і розробка родовищ, видобуток і нафтопереробка. Порушені і суміжні області, включаючи промислову безпеку, ремонти та обслуговування обладнання, логістику і транспортування нафтопродуктів.

Найбільш помітні тренди останнього часу - інтеграція в процеси нафтовидобутку наступних технологій:

  • Інтернет речей - збір даних з датчиків в реальному часі для автоматичної настройки технологічних процесів.
  • Максимальна роботизация процесів і виключення людського фактора.
  • Віртуальна і доповнена реальність, 3D при виконанні обслуговування обладнання.
  • 3D-друк необхідних елементів обладнання прямо на родовищі.
  • Штучний інтелект і машинне навчання для більш швидкого прийняття рішень в позаштатних ситуаціях на виробництві.
  • Удосконалення приладів вимірювання та каротажу (різновид дослідження свердловин - «Хайтек») в процесі буріння.
  • Моделювання пласта, процесу буріння і планування многостадийного гідророзриву пласта на основі великих даних.
  • Перехід на модульні бурові установки змаксимальною автоматизацією і підвищеною безпекою, малошумність і комфортом для персоналу. Час переміщення такої установки скорочується з півтора-двох місяців до одного тижня.
  • Відеоаналітіка і технічне зір для підвищення ефективності роботи.
  • Взаємодія підрозділів нафтових компаній, інформаційний обмін з контрагентами з використанням технології блокчейн.

Наявність у підприємства в портфелі більшого числатехнологій дає суттєву конкурентну перевагу. Компанії отримують можливість знижувати собівартість робіт і пропонувати послуги за нижчими цінами, тим самим збільшивши шанси на отримання контракту.

Це тільки теорія?

Ні, всі великі галузеві гравці вже використовуютьті чи інші технології з перерахованих вище. Цікаво те, що новинки впроваджуються не тільки на рівні ІТ-рішень. Модернізується вся нафтовидобувна сфера.

  • Яскравий приклад - перехід на технологію гідророзривів пласта. Метод полягає в створенні штучнихтріщин, щоб по ним газ або нафту, а також нефтесодержащие продукти швидше просувалися до забою свердловини. В результаті коефіцієнт нафтовіддачі пласта значно підвищується. Раніше технологію не застосовували через високу вартість, тепер же використовують все частіше як на давно розробляються, так і на нових родовищах.
  • Установки, які використовуються для буріння, стають модульними - збираються як кубики конструктора LEGO, причомупід специфічні завдання можна створювати специфічні рішення, просто додавши або забравши певний елемент. Модульність підвищує оперативність, одночасно знижуючи економічні витрати при монтажі, а також при переміщенні обладнання з місця на місце. Коректність роботи обладнання бурових установок контролюється з використанням технології LoRa, вона стала особливо популярною за останні п'ять років.
  • Опрацьовуються технології 3D-друку, Яка дозволяє виготовляти запасні частини,деталі для агрегатів на віддалених майданчиках з мінімальними витратами часу, не вдаючись до дорогої доставці. Звичайно, у компаній на місцях зазвичай є певні резерви запасних частин для обладнання, але іноді з ладу виходять елементи, яких в резерві немає, і доводиться зупиняти роботу всього комплексу, чекаючи надходження запчастин. На доставку потрібен час, переривається виробничий процес, компанія зазнає збитків. Якщо деталь можна виготовити прямо на місці, простої зводяться до мінімуму. Таку схему роботи поки лише тестують як «пілотів», але вона вже використовуються в інших сферах, включаючи космонавтику.

  • Цифрові двійники родовищ стають все більш затребуваними. Для створення такого «двійника» розробляється математична модель свердловини, обладнання та логістичних схем. Аналізується загальна ситуація, після чого створюється економічна модель, яка показує, які методи роботи ефективні для конкретного родовища, а які ні. Актуалізація даних в цифрових двійників - одна з найважливіших задач, яка вирішується технологіями інтернету речей.
  • Для аналізу даних активно використовується машинне навчання. Воно дозволяє оцінювати потенціал новихродовищ - система з високим ступенем точності передбачить наявність запасів нафти і газу, обчислюючи приблизні обсяги. В результаті робота експертів з аналізу даних про родовищі може скоротитися з шести місяців до декількох годин. Поки таких напрацювань небагато і всі вони тестові.
  • Предиктивне аналітика, Де використовується машинне навчання, допомагаєпрогнозувати режими роботи обладнання. На обладнання (наприклад, на трансформатори, насоси, електродвигуни та запірну арматуру) встановлюються датчики, постійно збирають дані і передають їх в центральну систему для обробки. Після аналізу система може визначити, що електродвигун при поточному рівні шуму, навантаженні і вібрації через 20 годин вийде з ладу, тому необхідно вжити заходів, знизити навантаження і запланувати обслуговування. Якщо раніше ремонтні бригади відправлялися на місце для усунення зупинки виробництва або аварії, викликаної виходом з ладу електродвигуна, то зараз технічні фахівці можуть прогнозувати виникнення проблем і мінімізувати ризики.

Популярний в Росії сценарій використанняінтернету речей - моніторинг апаратів повітряного охолодження, які використовуються в нафтопереробці. Зібрана датчиками інформація аналізується і використовується в предиктивної аналітиці для попередження поломок охолоджувальних систем.

Завдання повне цифровізації нафтової компаніїдуже складна, так як потрібно організувати процеси збору та інформаційного обміну достовірними і повинні суперечити одна одній даними між видобувними, переробними і збутовими підрозділами, і бажано в режимі реального часу. А це тисячі підрозділів і сотні тисяч співробітників. Створення інформаційної моделі взаємодії підрозділів обходиться в значні суми, так що реалізувати повністю проект цифрового родовища часом накладно навіть для великих гравців. За статистикою, рівень витрат на ІТ в нафтових компаніях може досягати 1,5-3% прибутку, а й такі значні фінансові можливості не гарантують швидкого і успішного цифровізації.

Проте, цікавих кейсів, про яких нафтові компанії заявили як про успішні на ринку, вистачає.

«Газпром нафта», RFID і блокчейн

У минулому році «Газпром нафта» взяла участь впілотному проекті з впровадження блокчейна і інтернету речей в логістиці. На закуплену запірну арматуру були встановлені радіочастотні мітки і датчик супутникового позиціонування. Радіомітки фіксували переміщення арматури з моменту відвантаження в Великому Новгороді до бази зберігання в Мурманську. Оператори отримували такі дані, як швидкість переміщення вантажу, кількість і тривалість зупинок в дорозі.

Отримані з пристроїв дані зафіксувалисмарт-контрактом за допомогою блокчейн-технологій. Аналогічним чином передавалася інформація про складські та транспортних операціях для вантажів платформи «Прирозломного» в Печорському морі. Блокчейн забезпечив нерозривний зв'язок фізичної поставки та всіх супроводжуючих процесів, включаючи документообіг.

«Сургутнефтегаз» і блокчейн

Компанія «Сургутнефтегаз» спільно з РЖД і ОМКзапустила пілотний проект по використанню блокчейна. Технологія застосовується для моніторингу переміщення вантажу - металевих труб від вхідного в ОМК Виксунського металургійного заводу. Рішення розподіленого реєстру відзначає всі етапи процесу, включаючи відвантаження труб з заводу, їх транспортування, прийом товару і розподіл, виявлення дефектних елементів. Якщо шлюб виявлено, товар відправляється назад.

Потім всі дані передаються в хмару. Як тільки партія труб готова, виробник відзначає свою готовність до відвантаження. Задіють склади РЖД, транспортна компанія сигналізує, що товар знаходиться в дорозі. Після доставки в хмару відправляється детальна інформація про процес, а також сертифікати продукції.

Технологічне рішення включає SAP Leonardo іSAP Cloud Platform Blockchain, призначений для користувача інтерфейс - SAP Fiori. За словами представників проекту, варіант на блокчейне економічно перевершує інші пропозиції.

«Роснефть», «Газпром», «Транснефть» і безпілотники

Найбільші нафтогазові компанії Росії стализастосовувати безпілотні повітряні судна, виготовлені концерном Калашникова, для моніторингу трубопровідних систем. Їх запустили «Роснефть», «Газпром нафта», «Газпром», ЛУКОЙЛ, «Татнефть» і «Транснефть». Географія моніторингу обширна: Махачкала, Сургут, Ставрополь, Краснодар, Саратов і Волгоград, а також Майське, Правдинское і Юганска родовища.

Безпілотники оснащуються тепловізорами і системоюнавігації, що дозволяє пристроям оцінювати розташування труби і в разі зміщення відправляти на проблемну ділянку команду техніків. Крім того, вони успішно визначають незаконні врізки в трубопровід і пошкодження труб, через які відбуваються витоку. Щомісяця безпілотники Калашникова перевіряють нитки трубопроводів протяжністю від 9,5 тис. До 11,5 тис. Км.

Приклад безпілотника, який використовується для моніторингу трубопроводів

Крім названих БПЛА в Росії застосовуютьсябезпілотні комплекси ZALA-Т. За оцінками фахівців, використання безпілотних апаратів дає можливість знижувати витрати на проведення експлуатаційних робіт приблизно на 85%.

«Газпром» використовує безпілотні апарати і дляобстеження потенційно нафтоносних ділянок. Компанія застосовує БПЛА для вимірювання характеристик магнітних полів певних локацій. Якщо порівняти витрати ресурсів на такі дослідження, що виконуються традиційними методами, то апарати вимагають приблизно в три-чотири рази менше - і часу, і грошей.

British Petroleum і інтернет речей

BP активно використовує IoT для моніторингустанів своїх свердловин. Ще в 2015 році компанія підключила 650 нафтовидобувних свердловин до мережі. На кожній свердловині встановлено по 30 сенсорів, які вимірюють безліч параметрів, включаючи тиск і температуру.

Потім платформи підключили до хмарногоIoT-сервісу Predix від GE, що дозволяє виконувати аналіз інформації і не тільки відслідковувати поточні параметри свердловини і добувної нафту і газ платформи в цілому, але і моделювати події найближчого майбутнього.

Інтернет речей активно застосовують і іншікомпанії, включаючи російські. В першу чергу, для контролю за зонами та об'єктами підвищеної небезпеки, контролю за наявністю засобів індивідуального захисту у персоналу і швидкого реагування в разі нещасних випадків. В цьому випадку функціонал IoT мало чим відрізняється від аналогічних рішень в будь-який інший сфері - спецодяг персоналу і техніка оснащується UWB-анкерами, які взаємодіють з системою за допомогою мережі LoRa. В результаті знижується число надзвичайних подій на підприємствах - наприклад, виключається наїзд спецтехніки на людей, рідше відбувається пошкодження обладнання та матеріалів.

Saudi Aramco і предиктивна аналітика

Найбільша нафтова компанія світу за показникомвидобутку нафти і розміром нафтових запасів Saudi Aramco запустила проект по впровадженню технологічного рішення в процеси видобутку нафти і газу. При обході ділянок оператори отримують інформацію про дії в поточній локації, включаючи сигнали про проблеми, які вимагають реагування зараз або зажадають рішення в найближчому майбутньому. Таким чином, у операторів немає необхідності обстежити всі свердловини, досить контролювати лише ті, що попереджає інформація про яких надходить на планшет.

Варто зазначити, що цей процес можливий лише при об'єднанні ряду технологій - інтернету речей, цифрових двійників, моделювання і бездротових мереж.

Shell і роботи

Shell, один зі світових лідерів енергетичногосектора, кілька років тому почав використовувати роботів на своїх родовищах. Система отримала назву Sensabot, вона вдає із себе віддалено контрольованих роботів, здатних функціонувати в локаціях, небезпечних для людини: наприклад, при високих температурах або загазованості. Роботи Sensabot вирішують завдання до шести місяців без необхідності проведення сервісного обслуговування.

Оператори підключаються до камер роботів, щоббачити те, що відбувається. Всі дані передаються по швидкісній бездротової мережі 4G. Зараз корпорація Shell планує розширювати функціональність роботів, щоб їх можна було використовувати не тільки на родовищах, а й у виробничих приміщеннях.

Chevron і аудіо- / відеоаналітіка

Компанія Chevron використовує систему ранньоговиявлення витоків з нафтопроводів і газопроводів. Основа розробки - аналіз акустичних сигналів і відеопотоку. Система, що отримала назву Catalyst Program, включає і такий важливий елемент, як штучний інтелект із можливістю самонавчання.

Аналізуючи інформацію, що надходить з трубопроводу інформацію,обчислювальний центр Catalyst визначає наявність невеликих витоків, які загрожують перетворитися у велику аварію. Завдяки ранньому виявленню проблем їх можна значно швидше ліквідувати.

Що дає галузі цифровизация і роботизація?

Використання технологічних рішень в роботідозволяє «оцифрованих» компаніям з нафтогазового сектора значно підвищувати показники видобутку. Одночасно знижується кількість практично будь-яких типів аварійних інцидентів (витоків, викидів, травм співробітників). Зростає і ефективність операційної діяльності компаній, що можна спостерігати за позитивної зміни практично всіх ключових бізнес-показників.

Переваги інтелектуальних технологій

На думку експертів, масштабне впровадженнясучасних технологій в нафтогазову галузь може збільшити приріст загальносвітового видобутку нафти і газу приблизно до 30%. Оціночно, при роботі з новими технологіями і методами можна збільшити показник ефективності освоєння родовищ на 5-7%, в той же час скоротивши витрати на вилучення нафти родовища до 25%, включаючи економію енергоресурсів.

Основний тренд на найближчі кілька років -максимальне вилучення людини з технологічних процесів. Роботизація торкнеться як окремих агрегатів, так і промислових ділянок в цілому. Наприклад, вивчення потенційно нафтогазоносних регіонів або процес буріння свердловин стане максимально автоматизованим з організацією віддаленого контролю. Ще один важливий момент - підвищення контролю за впливом всієї нафтогазової галузі на навколишнє середовище. Втручання людини і його вплив на природу при розвідці родовищ, видобутку та переробці нафти повинно бути зведене до мінімуму за рахунок оперативного контролю екологічної ситуації, що неможливо без реалізації комплексних IoT-рішень.

Сучасні рішення будуть ефективні лише присуттєвої модернізації не тільки технологічних, а й бізнес-процесів нафтових компаній. Максимальний ефект може забезпечити трансформація всієї нафтогазової індустрії на основі коригування законодавчої і регламентної бази, запровадження нових стандартів на використання IoT-рішень і контролю технологічних процесів. Варіант, коли кожна нафтова компанія буде проходити свій шлях проб і помилок з частковою цифровизацией окремих бізнес-процесів, довгий і економічно неефективний. Цифровизация дасть можливість консолідувати найкращі практики за сучасними технологіями видобутку і переробки нафти і газу, об'єднати зусилля компаній по реалізації нових технологій, підготувати кваліфікований персонал і підвищити конкурентні переваги російських компаній на світовому ринку.