Логика нефтяной науки: где искать пути к неисчерпаемости углеводородных запасов
Москва, 2 окт - ИА Neftegaz.RU. Нефть и газ - исчерпаемые ресурсы. Из года в год звучат опасения, что в ближайшем будущем они закончатся, но российская нефтяная отрасль показывает хорошие результаты по восполнению запасов и уровню добычи. Причину прогресса следует искать в исследовательских лабораториях. Научно-техническая мысль создает условия для экономически выгодной разработки месторождений, которые считались нерентабельными всего несколько десятилетий назад, новые изобретения приводят нефтяников в почти необитаемые регионы и позволяют вести добычу в суровых условиях арктического шельфа. О роли науки, которая наделяет нефтегазовую отрасль безграничными возможностями, мы побеседовали с директором по науке Газпром нефти, доктором технических наук, профессором М. Хасановым.- Марс Магнавиевич, нефтяная отрасль очень наукоемкая. Еще недавно основные решения лежали в области механизированной добычи, а сегодня наряду с ними уже применяют облачные технологии. Какие изменения произошли и чем характеризуется нынешний этап развития отрасли?
- Топливно-энергетический комплекс всегда стоял в авангарде научного прогресса. Если говорить о механизированной добыче, то проблемы заключались только в том, что в советское время производители оборудования не получали от нефтедобывающих предприятий масштабных заказов на высокопроизводительные погружные насосы. Но и тогда в фокусе внимания нефтяных инженеров были начальные этапы освоения месторождений - разведка, подбор оптимальных технологических схем разработки, обустройство, бурение и т. д.
В советский период шло активное освоение новых территорий - второго Баку, Западной Сибири, Средней Азии, Тимано-Печоры. Это требовало тщательного анализа и скрупулезных инженерных расчетов на самых ранних этапах реализации проектов. Большое внимание всегда уделялось технологиям моделирования, исследованию пластов, обработке данных.
Дело в том, что наиболее серьезные ошибки совершаются на первых этапах проекта. Но за счет выбора правильных решений и минимизации ошибок можно получить значительный выигрыш. Ценность принимаемых решений значительна на ранних фазах проектов, а позднее, уже на этапе добычи, эта ценность не столь велика.
Настоящее время характеризуется еще более пристальным вниманием к нефтяному инжинирингу.
- Научная стратегия компании сконцентрирована именно на этом направлении?
- Да, парадигма не поменялась. Если раньше открывались такие месторождения, как Самотлор, где запасы исчислялись миллиардами тонн, то извлекаемые запасы открываемых сегодня месторождений - в среднем 1015 млн т.
Если раньше мы работали с пластами, проницаемость которых была 1 дарси, то сейчас мы говорим про 1 миллидарси. То есть проницаемость уменьшилась в тысячи раз. Это значит, что раньше мы могли ошибиться на этапе вхождения в проект, а потом исправить свои ошибки, так как нефть из огромного числа высокопродуктивных скважин все окупала. Но сегодня у нас нет права на ошибку. Требования к обоснованности принятия технологических решений, выбору системы разработки и способов обустройства месторождений становятся все более высокими. Нефтяная отрасль всегда была одной из самых цифровизированных, поэтому и сейчас новые технологии цифровой эпохи активно используются при проектировании, моделировании, принятии решений и инжиниринге во всех процессах технологической цепочки нефтегазодобычи.
- Добыча из года в год становится сложнее. Это увеличивает наукоемкость нефтегазовой отрасли?
- Наукоемкость повышается, когда повышается неопределенность, когда мы входим в новые области, требующие новых знаний. Нефтяная отрасль была крайне наукоемкой на этапе становления - в 30-50 годы XX века. Тогда нефтяная наука только создавалась силами двух стран - СССР и США. Начиная с 50-х и до 90-х годов была возможность работать на уже подготовленной научной базе, путем тиражирования апробированных на практике подходов. На переломе веков открытые в советское время высокопродуктивные месторождения начали истощаться. Компании вынуждены были переходить на низкопроницаемые пласты, как, например, на Приобском месторождении. И тут понадобилась новые подходы к проектированию, а также новые технологии, чтобы повысить продуктивность пластов. Нефтяная отрасль становится наукоемкой, когда меняется класс запасов.
Сегодня ни одно решение невозможно принять, опираясь на опыт. Прежний опыт не работает. Любое решение мы должны просчитать, смоделировать, инженерно обосновать.
- Невозможность прибегнуть к прежнему опыту создает необходимость накопления новых знаний. Кто формирует запрос на эти знания?
- Про Газпром нефть могу сказать, что мы уже вполне осознанно даем запрос своему инновационному окружению. Но так происходит не всегда и не у всех.
В постперестроечное время нефтяные компании практически не участвовали в научной работе. В основном новые технологии привносились в отрасль сервисными компаниями и изготовителями оборудования, которые сами предлагали внедрять ту или иную разработку. Только сейчас начал формироваться запрос от самих нефтяных компаний. В этом смысле не все они находятся на одной ступени зрелости.
Более того, недостаточно просто сделать запрос. После того как задача сформулирована, мы не ограничиваемся поиском организаций, готовых с нею справиться. Мы намечаем новые пути развития науки, учитывая его логику. Вместе с партнерами из инновационного окружения мы ищем направления будущих прорывов. Это правильно, ведь мы хотим стать бенчмарком мирового уровня в нефтяной отрасли, а не просто копировать чужие достижения.
Умный запрос должен быть всегда, без этого новым технологиям развиваться сложно. А для того, чтобы запрос мог исходить от бизнеса, требуется высокий уровень специалистов, работающих в самих нефтяных компаниях. Они должны, по существу, быть исследователями, погруженными в производство, умеющими поставить правильные задачи и решить их вместе с профессиональными учеными.
- Такие специалисты - штучный товар, где их находит для себя Газпром нефть?
- Взращиваем. Ищем талантливых студентов и обучаем на своих проектах. У нас работает корпоративный университет, создаются корпоративные обучающие программы, наши сотрудники принимают активное участие в конференциях, в том числе международных. У нас есть система распространения знаний, опыта. Это все позволяет создать атмосферу непрерывного обучения.
- Каким должен быть следующий революционный шаг? Куда вы сегодня смотрите с точки зрения научных направлений?
- Направление всегда одно: качество запасов падает, цена на нефть не растет, это ставит перед нами задачу радикального повышения эффективности нашего труда. Слово радикальное означает, что удельная стоимость тонны нефти, добываемой из малопродуктивных пластов, должна быть уменьшена не на 3-5%, а на 30-40%. Наибольший эффект в этом направлении могут дать строительство высокотехнологичных скважин и резкое уменьшение операционных затрат.
Сегодня основные затраты связаны со сложностями при строительстве скважин и освоении новых территорий. Важно уметь моделировать и проектировать комплексно, учитывать все геологические неопределенности в большом портфеле взаимосвязанных месторождений
На основе проведенного анализа мы выделили несколько основных направлений. Первое - цифровизация операционной деятельности. Это один из основных трендов, и мы, безусловно, будем его развивать.
Второе - новые материалы и аддитивные технологии. Без новых материалов и новых способов изготовления оборудования невозможно сократить удельную стоимость скважин, создать высокотехнологичное оборудование для их исследования и эксплуатации. 3D-принтеры - это путь к гибким технологиям. Гибкость очень важна, потому что высокотехнологичное оборудование не нужно в больших объемах. Например, чтобы обеспечить все компании в стране роторно-управляемыми системами для навигации при бурении горизонтальных скважин, достаточно нескольких сотен таких систем. Такие небольшие заказы себя не окупают, поэтому никто за них не берется. С помощью гибких технологий эта проблема может быть решена. Как и проблема производства кастомизированных материалов. Возможность печатать на 3D-принтере малые партии необходимого оборудования делает аддитивные технологии одним из ключевых направлений.
И третье направление - цифровой инжиниринг, то есть проектирование и создание сложных технологических процессов и объектов на базе системного инжиниринга, дополненного цифровыми инструментами. Рассмотрение сложных проектов с самого начала при помощи цифровых двойников, которые совершенствуются по мере накопления информации, позволяет минимизировать ошибки и увеличить ценность проекта.
Системный инжиниринг - это то, что должен знать каждый инженер. В вузах нашей страны эту дисциплину, к сожалению, почти не преподают, хотя на Западе она является обязательной для всех инженеров. Ну а цифровых инструментов для системного инжиниринга в достаточном ассортименте нет даже за рубежом. Мы же хотим автоматизировать весь труд системного инженера с помощью программных продуктов, которые будут разрабатываться в рамках цифровой трансформации Газпром нефти.
- Есть ли у компании технологии, которыми вы готовы поделиться с конкурентами, подарить, продать?
- Да, мы рассматриваем этот вопрос. В блоке разведки и добычи создано специализированное дочернее предприятие, которое будет заниматься коммерциализацией технологий. Конечно, технологии класса ноу-хау, которые обеспечивают нам конкурентное преимущество в данный момент, мы продавать не будем.
Западные сервисные компании располагают значительными средствами для проведения НИОКР, именно они являются заказчиками новых технологий. К сожалению, большинство российских сервисных компаний лишены возможности заниматься наукой. Поэтому нефтяные корпорации обязаны какое-то время быть центром инновационной экосистемы, которая обеспечивает технологическое развитие сервисных организаций. Конечно, при этом нужно будет уделять внимание справедливому разделу интеллектуальной собственности, которая может возникнуть в результате сотрудничества.
- Научный мир - это особая среда, чтобы развиваться, надо взаимодействовать. Как происходит ваше взаимодействие со сторонними научными организациями?
- Если мы совместно создаем технологию, которая обеспечивает нам ноу-хау, то мы заключаем соглашение о том, что она используется только у нас. Но таких ноу-хау немного, и касаются они не самих технологий, а того, как эти технологии внедрять (т. е. это метатехнологии, метазнания).
На Западе рынок технологий развит достаточно хорошо, там созданы благоприятные условия, позволяющие компаниям взаимодействовать вне санкционных ограничений, и каждая нефтяная компания может купить любую технологию. Поэтому конкурентным преимуществом становится не сама технология, а способ ее применения, последовательность, время, место и т. д. Вот такие алгоритмы мы считаем ноу-хау и стараемся не продавать.
- Что можно сегодня отнести к самым передовым технологиям в добыче?
- Нефтяные компании нечасто становятся разработчиками технологий - это происходит при наличии особой потребности и особо одаренных людей. Например, 3D-сейсмику придумали специалисты Exxon Mobile, первые буровые установки на воде также являются изобретением нефтяных компаний. Но после первых прорывов подключаются сервисные и инжиниринговые предприятия. Роль научного блока компании - следить за развитием новых технологий, понимать, какие направления наиболее актуальны, и подключаться, если какое-то потенциально важное направление не развивается.
Нефтяная компания принимает инвестиционные решения, создает геологические модели пластов и разрабатывает технологические схемы обустройства месторождений, то есть принимает основные технологические решения. Основное направление, которое развивают сегодня собственно нефтяные компании, и я считаю это правильным, — разработка цифровых решений. Еще одно важное направление, которое пока не может развиться без вклада нефтяных компаний, - это новые материалы и 3D-принтинг. А в остальном мы должны оказывать помощь университетам, ставить задачи, делать правильные заказы. Нефтяные компании являются бустером, их задача — в том числе ускорение. Когда возникает идея, важно создать команду, которая будет разрабатывать эту идею в соответствии с проектными принципами.
- Какой эффект дает компании применение научных разработок? Назовите несколько знаковых цифр.
- Оценить напрямую эффект практически невозможно, особенно если говорить о технологиях проектирования и принятия решения. Нельзя выполнить проект старыми способами, обустроить, разбурить месторождение, посмотреть, что получится, а потом все вернуть, запроектировать новым методом и посмотреть разницу, чтобы высчитать эффективность.
Определяя эффективность технологий, нужно говорить об интегральных показателях. За счет новых технологий, внедряемых на стадии эксплуатации, когда все основные технологические решения уже приняты, все основные объекты уже построены, эффективность может быть повышена ненамного. Например, применяемые сейчас методы увеличения нефтеотдачи могут обеспечить прирост коэффициента извлечения нефти только на 2-3 процентных пункта. Чтобы повысить эффективность добычи на 15 процентных пунктов и более, надо с самого начала запроектировать массовое применение технологий в масштабе всего пласта.
Вот почему мы фокусируемся на принятии решений на ранних стадиях, на разработке геологической модели, на правильном выборе системы разработки. Мы уверены, что на этих этапах можно добиться существенного повышения эффективности. Оценки, получаемые путем сценарного ретроспективного моделирования, показывают, что тщательные многовариантные инженерные расчеты, учет неопределенности и рисков на ранних этапах инвестиционных проектов приводят к повышению эффективности минимум на 1520%.
В подтверждение сказанного могу привести следующую интегральную оценку. С 2010 по 2020 год продуктивность пластов в зонах нового бурения в нашей компании уменьшилась в 6 раз. Но новые технологии, прежде всего бурение горизонтальных скважин с многостадийными ГРП и разветвленных скважин, а также правильное применение этих технологий позволили нам сохранить экономическую эффективность разработки таких пластов. Эффективность продукции не меняется, мы так же устойчивы, значит, вся наша деятельность эффективна. Все это - результат внедрения новых технологий.
- Цифровые двойники не гарантируют избавление от ошибок. Бывают провалы?
- Неожиданности в условиях неопределенности, конечно, неизбежны. Более того, они закладываются во все наши интегрированные модели. Когда мы приступаем к разработке даже небольшого месторождения, создается цифровая модель, предоставляющая разветвленное дерево принятия решений. На каждом поворотном этапе определяются наименее рискованные пути. Риск невозможно убрать вообще, но мы его уменьшаем и создаем инструменты по управлению рисками.
- Какие вызовы стали наиболее сложными с точки зрения технологического соответствия?
- Могу привести пример Приобского месторождения. Это клад, к которому мы долго не могли подступиться. Начиная с 80-х годов и до конца 90-х, мы не могли сделать разработку этого месторождения рентабельной. Тогда проницаемость пласта на первоочередных участках составляла около 20 миллидарси. Сейчас это месторождение активно разрабатывается, причем те объекты давно разбурили и сегодня уже работаем на участках, где проницаемость менее 1 миллидарси.
Всегда есть месторождения, к которым сложно подобрать технологические ключи. Стратегия нашей компании строится таким образом, чтобы на 10-20 лет вперед заложить не только профили добычи по месторождениям, в которых мы уверены. Мы оцениваем и так называемую технологически обусловленную добычу - ту, которую мы сможем обеспечить, если с какой-то вероятностью к некоторому сроку сумеем подобрать необходимые технологии.
Начиная любой проект, мы апробируем несколько технологий, с самого начала закладываем вероятность достижения успеха. Но главное - надо в каждый момент понимать, насколько удалось приблизиться к конечному решению, в этом и состоит основа управления НИОКР и новыми технологиями в нашей компании.
- Как правильно нефтяной компании выстраивать взаимоотношения с научным сообществом? Есть у молодых специалистов интерес к фундаментальной науке?
- Частота появления талантов, в соответствии с законом Харди - Вайнберга, не зависит от времени и места, таланты есть всегда. Политика нашей компании состоит в том, чтобы наблюдать за способными ребятами с первых курсов, а потом по результатам работ приглашать в компанию. Поэтому к нам приходят люди очень мотивированные, которые хорошо знают научную базу и готовы развивать новые технологии и подходы к решению производственных задач. Системный цифровой инжиниринг будет востребован не только в нефтянке. Если Бог в один момент отберет у нас нефть, то все они смогут устроиться на любое другое высокотехнологичное производство, например, в сфере биомедицины, альтернативной энергетики. Цифровой инжиниринг одинаков везде. Везде нужны новые материалы, цифровые расчеты.
Мы взаимодействуем со многими вузами, помогаем им в той части, где им не хватает компетенций (как правило, это управление проектами и понимание нефтяного производства). В каждом университете мы начинаем с формирования небольшой рабочей ячейки, вырабатываем единый язык, обеспечиваем понимание задач нашей отрасли, а затем постепенно расширяем объем заказов. Результаты работы, например, с Санкт-Петербургским политехническим университетом таков: мы начинали с пяти человек, сейчас в Научно-образовательном центре Газпромнефть-Политех работают около 80 человек, за все время около 40 трудоустроились в нашу компанию.
- В прошлом году НТЦ Газпром нефти испытал новый сверхтвердый материал, в этом процессе был задействован ряд организаций. Есть ли еще примеры подобной работы с научным сообществом по созданию новых материалов?
- Когда неслучайным (проектируемым) способом создается материал, специалисты компании сообщают научным центрам, какие материалы с какими свойствами нам нужны. Ученые с помощью цифрового моделирования определяют, какими должны быть исходные компоненты, какую температуру и давление нужно поддерживать, чтобы получить материал с нужными свойствами.
Мы развиваем много направлений в области проектируемых материалов: это и подготовка новых жидкостей для ГРП и буровых растворов, и новые реагенты для повышения нефтеотдачи. Если говорить о полученном нами сверхтвердом материале, то исследователи уже перешли на следующий этап этого проекта: мы теперь хотим не просто отливать матрицу долота из этого материала, а изготавливать ее с помощью аддитивных технологий, что позволит создать совершенно новые конструкции долот с улучшенными гидродинамическими и тепловыми характеристиками. Эта идея является примером применения системного инжиниринга в процессах создания новых материалов и высокотехнологичного оборудования.