Стратегия ведения успешного бизнеса в нефтегазовой отрасли предполагает активное внедрение цифровых решений в производственный процесс и использование инновационных материалов.

Одним из ключевых факторов адаптации нефтегазовой отрасли к быстро меняющейся реальности и повышения эффективности управления является цифровизация. Все более популярным в нефтегазе становится цифровой инжиниринг, предполагающий использование современных технологий и аналитических методов для оптимизации процессов добычи, переработки и транспортировки ресурсов.

Среди преимуществ цифрового инжиниринга — обеспечение экономии, снижение затрат, повышение производительности и безопасности, улучшение качества проектных и эксплуатационных работ. Все это в совокупности делает нефтегазовую индустрию более устойчивой и конкурентоспособной в условиях современного рынка.

ИИ в роли инженера

В развитии технологий цифрового инжиниринга особую важность имеет инженерный искусственный интеллект, уверен директор по науке ПАО «Газпром Нефть» Марс ХАСАНОВ. Он считает, что искусственный интеллект позволяет поднять на совершенно новый уровень научный цифровой инжиниринг.

Выступая на международной отраслевой конференции «Материалы и технологии в нефтегазовой отрасли», Марс Хасанов также отметил значимость интегрированного моделирования, комплексной обработки больших объемов данных, сокращения сроков.

«Системный инжиниринг применяется во всех отраслях промышленности, производства и деятельности человека. Инженерный искусственный интеллект сфокусирован на решении задач системного инжиниринга. Что это означает? Все интеллектуальные агенты, составляющие инженерный искусственный интеллект, решают те или иные инженерные задачи, которые общие для системного инжиниринга, и при этом используются нейросимвольные технологии, — подчеркнул он, рассказывая о роли искусственного интеллекта в генерации решений, многовариантном моделировании и импакт-анализе. — Наилучшей средой для реализации инженерного искусственного интеллекта является цифровая платформа CML-Bench. Это моделеориентированный системный инжиниринг, подходы и вся огромная система, которая создана, например, в передовой инженерной школе (ПИШ) СПбПУ. Думаю, что было бы целесообразно внедрить в эту систему все элементы инженерного искусственного интеллекта».

Опыт показывает, что пределы применения искусственного интеллекта в инженерном деле очень ограничены. Дело в том, что основные технологические решения, от которых зависит эффективность проектов в нефтегазе, принимаются на ранней стадии, когда практически никакой информации нет. Например, компания решает приобрести месторождение, имея информацию только о пяти или шести разведочных скважинах на огромной территории, где их будут сотни.

«Понятно, что никакие big data тут работать не могут, и поэтому нужно создавать алгоритмы искусственного интеллекта, которые основаны не только на обработке данных. И заниматься решением этой задачи следует в консорциуме с вузами и научными центрами. Сделать это непросто, но, как показывает жизнь, возможно. Поэтому нужно определить тот круг инженерных задач, в которых искусственный интеллект имеет наибольшие конкурентные преимущества. Прежде всего, это интегрированное моделирование, проектирование и принятие решений в инжиниринге сложных систем», — пояснил спикер.

Круг инженерных задач, в которых искусственный интеллект имеет наибольшие конкурентные преимущества:

• интегрированное моделирование,
• проектирование,
• принятие решений в инжиниринге сложных систем.

Нефтяные компании в настоящее время вынуждены осваивать большое количество мелких месторождений с запасами около 10–15 миллионов тонн. Вероятность того что пробуренные скважины окажутся сухими, очень велика. То есть возникает некая неопределенность. А ведь рисками нужно управлять.

При принятии интегрированных решений расположение скважин будет существенно зависеть от того, каким будет поверхностное обустройство, и наоборот. Иными словами, прежде чем сделать техническое задание для проектирования, следует полностью промоделировать всю систему, чтобы получить оптимальное решение.

Свести аварийность к нулю

Как показала практика, реализация новых подходов к управлению целостностью и надежностью позволяет значительно улучшить эффективность и снизить аварийность на объектах. По словам операционного директора ООО «Газпромнефть — Сервисные Технологии» Айяра СУЛЕЙМАНОВА, перед компанией поставлена задача к 2028 году свести к нулю отказы в работе инфраструктуры и нефтепромыслового оборудования.

В связи с этим были запущены несколько проектов: управление целостностью и надежностью трубопроводов и нефтепромыслового оборудования, предиктивная аналитика отказов, онлайн-мониторинг коррозии нефтепромыслового оборудования, трубопроводов, создание самоочищающихся устройств для нефтяных скважин.

«Запустили проект так называемой телеинспекции, а именно — контроль сварочных стыков с защитной муфтой. Это позволило снизить некачественный монтаж до 3%, а в дальнейшем удачная практика была расширена по всему периметру компании», — поделился опытом Айяр Сулейманов, отметив, что за последние три года благодаря реализации проектов показатели аварийности удалось снизить на 52%. В ближайшее время планируется сократить затраты на диагностику до 40–50%.

Внимание на трубы

Добывать нефтепродукты, нефтегаз в последнее время становится все труднее из-за повышения агрессивности среды, усложняющейся геометрии и увеличения глубины скважин. Все это служит драйвером для создания новых продуктов и совершенствования металлургических технологий и освоения новых методов оценки и прогнозирования качества труб.

«На заводе в Выксе освоен выпуск широкого ассортимента трубной продукции в корозийно-стойком исполнении, как в сегменте труб малого и среднего диаметра, так и в трубах большого диаметра. Производятся трубы, стойкие к сероводородному растрескиванию классов прочности до К-60, а также труб категории прочности Х-42SS с нулевым показателем общей коррозии в условиях сероводорода и углекислого газа, — рассказал директор по развитию технологий и продуктов ОМК Павел СТЕПАНОВ. — Мы сфокусированы на освоении сложных, перспективных продуктов, и в том числе в коррозийно-стойком исполнении.

Новейшие отечественные разработки нефтегазового сектора:

• цифровая платформа CML-Bench,
• контроль сварочных стыков с защитной муфтой,
• трубы, стойкие к сероводородному растрескиванию и с нулевым показателем общей коррозии,
• прототип базы знаний по полимерным композитным материалам.

Успешно осваивать сложные продукты на новых мощностях нам помогает созданная нами система разработки новых технологий и продуктов. Она включает в себя четыре этапа: анализ и моделирование, затем имитация технологических процессов для понимания воздействия на материал, создание опытного прототипа и проведение его испытаний, и уже на промышленное опробование подается технология, которая апробирована и имеет ожидаемо прогнозируемый результат».

Одним из примеров сложной, наукоемкой продукции, выпускаемой ОМК, являются премиальные резьбовые соединения. Инженеры завода разработали серию полупремиальных-премиальных резьб. Стоит отметить, что процесс разработки и тестирования новых типов резьбовых соединений является намного более сложным, чем может показаться на первый взгляд.

«Продукция проходит испытания в Инженерно-технологическом центре на заводе в Выксе, оснащенном современным высокоточным оборудованием, стендами для проведения испытаний на свинчивание, а также двумя стендами комбинированных нагрузок с максимальным усилием 2800 тонн. В мире существует всего несколько подобных центров. Его наличие позволяет минимизировать сроки разработки новых резьбовых соединений», — пояснил Павел Степанов.

Будущее за композитами

Сейчас у России есть возможность занять определенные позиции в области материалов и технологий в нефтегазовой отрасли и стать своего рода технологическим лидером. Большие перспективы применения в нефтегазовом сегменте у композитных материалов. Этим направлением центр НТИ в СПбПУ начал заниматься в 2018 году, когда компании стали постепенно отказываться от металлических труб в пользу труб с покрытием, начал формироваться опыт применения композитных материалов. Реализация в течение нескольких последующих лет двух крупных проектов по композитным конструкциям показывала определенный экономический эффект, от которого можно было отталкиваться и двигаться дальше. В 2022–2024 годах центр НТИ приступил к опытным испытаниям на площадках, а затем — к опытно-промышленным работам.

«Нам пришлось создавать новые методики для работы с композитными материалами. Специалисты центра проделали колоссальную научную работу, позволившую сильно продвинуться вперед и получить абсолютно новый научный результат. Был разработан прототип базы знаний по полимерным композитным материалам, но еще очень многое предстоит сделать», — пояснил директор НТК «Новые технологии и материалы» СПбПУ Алексей АЛЬХИМЕНКО.

Очевидно, что использование композитных материалов, которые становятся неотъемлемой частью современных технологий, в нефтегазовой отрасли будет только расти. Прогнозируется, что в течение ближайших десяти лет доля композитных трубопроводов увеличится на 30–40%, а число композитных резервуаров и емкостей — на 50%.