Инновации в нефтяной промышленности: примеры и перспективы
Нефтегазовый комплекс играет важную роль в экономике России, являясь одним из основных нефтедобывающих государств в мире. В связи с этим, государству необходимо разрабатывать целевые программы по финансированию данного сектора. Как и любая другая отрасль промышленности, нефтегазовое производство постоянно модернизируется за счет внедрения передовых инновационных технологий.
Инновационная деятельность в этой сфере направлена не только на разработку новых методов добычи сырья, но и на повышение безопасности производственных процессов. Многие предприятия нефтегазовой отрасли функционируют в экстремальных условиях. Государственная программа энергетической стратегии предполагает модернизацию технологического обеспечения всех отраслей производства, в том числе и нефтегазового комплекса.
В 2022 году одним из приоритетных направлений нефтегазовых компаний по устойчивому развитию является экологическая повестка. Нефтегазовые предприятия разрабатывают и внедряют решения для оптимизации промышленной деятельности предприятий, чтобы достичь целей по сокращению выбросов.
Рассмотрим конкретные примеры инновационных решений, представленных на Startup Village 2023 и других мероприятиях, а также тенденции развития отрасли.
Перспективные разработки и технологии
На «ярмарке» Startup Village 2023 участники предлагали нестандартные идеи для нефтегазовой отрасли. «Энергия+» посетила мероприятие, пообщалась с учеными и нашла самые интересные разработки.
Все присутствующие здесь ученые - авторы проектов-финалистов второго сезона программы поддержки стартапов INDUSTRIX, которую создала «Газпром нефть». Проекты прошли два этапа отбора. Всего поступило 536 заявок, 79 лучших идей дорабатывали вместе со специалистами компании последние два месяца, а 34 избранных представили в финале.
«5D»-принтер: новое слово в производстве запчастей
Компания «Воплощение» представила программно-аппаратный комплекс Epit 5.1 для объемной печати. Он отличается от обычных 3D-принтеров тем, что печатающие головки и заготовку можно перемещать не по трем взаимно перпендикулярным осям, а по пяти (две из них расположены под углом 45 градусов к трем основным).
Деталь в таком принтере можно перевернуть так, чтобы новые слои ложились не на подпорку, а на уже напечатанные слои. Все благодаря поворотно-наклонному столу, который «добавляет» принтеру две оси печати и настраивается за несколько секунд. Программное обеспечение разработали специально под принтер. «Краски» для печати - материалы от полиуретана и нейлона до композитов. Из них команда предлагает печатать запчасти для оборудования нефтеперерабатывающих заводов.
По расчетам авторов, в сравнении с обычным 3D-принтером их аппарат сократит затраты вдвое, на столько же увеличит производительность и сведет постобработку к нулю. Можно будет чинить оборудование за один день и создавать уникальные детали под конкретные нужды нефтяников.
Преимущества 3D печати в нефтяной промышленности
«Розетка» для скважины: эффективный способ борьбы с парафинизацией
Команда геологов из Красноярска разработала «Хотон» - генератор электричества и тепла для нефтяных скважин. Одна из распространенных причин остановки работы скважины - ее парафинизация: когда нефть выходит из пласта и поднимается на поверхность, температура и давление падают, из-за чего могут образовываться асфальтосмолопарафиновые отложения.
«Хотон» превращает энергию потока промывочной жидкости в электроэнергию с последующим преобразованием в тепло. Его можно выборочно доставить к «залипшему» участку, а не распределять по всей скважине, поэтому время ее простоя сокращается в 4-8 раз.
Утеплитель из стекла: защита дорог и вечной мерзлоты
Ученые из Калуги возродили технологию создания пеностекла (вспененной стекломассы) - теплоизоляционного материала. Материал представляет собой «камешки», внутри которых есть закрытые поры с воздухом. Основное сырье - бытовое стекло, которое идет на переработку. Мы его очищаем, измельчаем, добавляем глицерин для вспенивания и отправляем в печь.
В топливно-энергетическом комплексе утеплитель можно использовать для прокладки дорог к арктическим месторождениям в качестве дополнительного слоя под асфальтом. По словам разработчиков, это продлит срок службы дорожного покрытия на 20%: оно не вспучится из-за перепадов температуры и движения грунта. Заодно вечную мерзлоту можно защитить от таяния, ведь холодную землю и автомобили разделит еще один слой, не пропускающий тепло.
Пеностекло в качестве утеплителя
«Железная» очистка воды: экологичное решение для промышленных стоков
Выпускники Петербургского политеха создали технологию очистки воды, в том числе промышленных стоков, с помощью феррата натрия (Na2FeO4). Реагент работает даже в холодной воде. В отличие от хлорсодержащих реагентов, после которых воду нужно «доочищать», феррат натрия безопасен для человека и экологичен.
Компактная мобильная установка работает автоматически, встраивается в существующие водоочистные сооружения и подходит для промышленных объектов, действующих в труднодоступных районах, например арктических. С помощью новой технологии можно быстрее запустить процесс очистки на новых месторождениях или добавить дополнительный этап в работу существующей станции при необходимости.
«Обои» со встроенным огнетушителем: мгновенная защита от пожара
Исследователи создали композитный материал для тушения огня. Он состоит из устойчивой к высоким температурам основы толщиной с лист бумаги, внутри которой расположено множество микрокапсул с газом фреоном. Под действием температуры в капсулах с фреоном создается избыточное давление, и они раскрываются. Выделившийся из капсул газ потушит огонь гораздо быстрее, чем приедет любой пожарный расчет.
Материал подойдет для помещений и открытых пространств - им можно обклеивать стены, как обоями, или просто накрывать очаги возгорания, как одеялом. По словам разработчиков, огонь гаснет меньше чем за минуту, свойства композита сохраняются в течение 10 лет при температуре от минус 40 до плюс 90 градусов.
Свая против пучения: устойчивость в условиях вечной мерзлоты
Ученые из Петербурга придумали композитную сваю на замену классической стальной. Основной материал созданной сваи - легкий полимерный композит, аналогичный тому, из которого делают водопроводные трубы. Верхний отрезок, для зоны промерзания грунта, гладкий, а нижний - шершавый за счет специального покрытия.
Благодаря этому достигается устойчивость: свая «вгрызается» в породы в три раза сильнее обычной стальной, при этом вспученный грунт свободно поднимается и опускается и не выталкивает ее из-за скользкой верхушки. Имеем ту же надежность, что и у стальной, но из-за лучшего «сцепления» можно использовать сваи на 40% короче.
Роль искусственного интеллекта и цифровизации
Прежде всего отметим, что искусственный интеллект нельзя отнести к простым технологиям, о которых можно рассуждать за чашкой чая. В данный момент ИИ учёные делят на слабый и сильный. Первый зачастую предназначается для работы с конкретной задачей. Он не «заточен» под принятие сложных решений и ограничен в своих действиях. Способности ИИ - незаменимый инструмент для современного предприятия нефтегазовой отрасли. С их помощью можно существенно повысить производительность на всех этапах добычи и переработки углеводородов, заблаговременно обнаруживать и предотвращать осложнения и аварийные ситуации.
Например, для этих целей технологию искусственного интеллекта использует транснациональная нефтегазовая компания British Petroleum: ИИ анализирует данные скважин, деформацию пласта и прочие данные геологической разведки. Другая крупная компания отрасли - Shell - нашла применение технологии уже в сфере оптимизации месторождений. Созданные специалистами модели позволили британским нефтяникам оптимизировать процесс добычи: ИИ собирал и анализировал информацию об особенностях месторождений (объёмах добычи, геологических характеристиках и т. д.).
Отдельно упомянем и технологию машинного обучения, которая также имеет прямое отношение к использованию искусственного интеллекта в нефтегазовой отрасли. Её на предприятиях применяют в целях оптимизации различных бизнес-процессов: от модернизации инфраструктуры до прогнозирования износа оборудования. Разумеется, применение ИИ также можно смело отнести к цифровизации промышленности, это не будет ошибкой.
В рамках IoT связанные в одну сеть устройства ведут непрерывный обмен данными в режиме реального времени. Делают они это как напрямую, так и через удалённые онлайн-серверы. Эксперты считают Internet of Things одним из ключей для модернизации преобразования нефтегазовой отрасли. Например, современные датчики, которыми оснащаются в рамках цифровизации рабочие агрегаты, способны в режиме реального времени отслеживать малейшие изменения и отклонения в состоянии оборудования и точечно определять, какой компонент требует замены или ремонта.
Любой простой дорогостоящего оборудования обходится нефтегазовым компаниям крайне недёшево. Также IoT при наличии правильной стратегии управления рисками помогает обеспечивать кибербезопасность на предприятии.
Цифровизация в нефтегазовой отрасли
Применение дронов и роботизация
В своё время применение беспилотников коренным образом поменяло бизнес-модели крупных представителей отрасли. В частности, British Petroleum несколько лет назад организовала удалённые центры управления с использованием БПЛА.
Беспилотные летательные аппараты используются предприятиями, в первую очередь, как средства для геологоразведки. Они позволяют сократить сроки проведения работ и их стоимость, а также собрать более точные и качественные топографические данные участка. Также дроны позволяют контролировать работы и состояние объектов нефте- и газодобычи, следить за проведением строительства или ремонта на участке, деятельностью подрядчиков, а также предотвращать возникновение аварийных ситуаций и т.
Отдельно стоит упомянуть в этой теме и подводных роботов и их роль в нефтегазовой промышленности. Эти особенные дроны предоставляют промышленникам уникальные возможности для проведения инспекции морских платформ, так как могут погружаться на большие глубины, недоступные для человека. Манёвренные подводные беспилотники оснащаются многочисленными датчиками, необходимыми для сбора данных о загрязнении воды, измерения температуры, давления, обнаружения неисправностей и утечек и т.
Экологические инновации: CCS и другие технологии
В контексте разговора о технологиях, которые способны изменить будущее нефтегазовой отрасли (и уже меняют!), непременно стоит вспомнить также и о способах борьбы с загрязнением окружающей среды. В рамках CCS происходит улавливание углекислого газа (CO₂) из различных источников при сжигании топлива или в промышленных процессах.
В 2021 году компании «Газпром нефть» и «Аэрофлот» объединили усилия по разработке «зеленого» авиатоплива SAF, с минимальным углеродным следом. Новое авиатопливо адаптировано для применения во многих типах воздушных судов и в эксплуатации, позволяет значительно сократить карбоновый след.
Компания «Роснефть», в рамках плана по углеродному менеджменту до 2035 года, планирует снизить углеродный след до 30% в сфере разведки и добычи за счет введения новых технологий: лазерных и тепловизионных приборов, 3D-сканирования и БПЛА.
В середине 2021 года китайская компания Sinopec запустила крупнейший в Китае проект CCUS. Проект предполагал строительство установки для улавливания углекислого газа, полученного на нефтяном месторождении Qilu-Shengli, использование и хранение углекислого газа на нефтяном месторождении Shengli. Согласно данным компании, проект сможет сократить выбросы углеродного газа на 1 млн тонн в год.
Методы бурения и добычи
Последняя технология в нашем списке - гидравлический разрыв пласта (ГРП). В продуктивном пласте на больших глубинах - обычно ниже полукилометра от поверхности - создаётся сеть каналов, которая существенно облегчает приток углеводородов в активные скважины. Скважины в нефтяном пласте всегда оснащены специальными муфтами. При осуществлении гидроразрыва пласта одна из таких «задвижек» остаётся открытой, а за ней устанавливается пакер.
В таблице ниже представлены основные направления инноваций в нефтегазовой отрасли:
| Направление | Описание | Примеры |
|---|---|---|
| Цифровизация | Внедрение цифровых технологий для оптимизации процессов | IoT, Big Data, Искусственный интеллект, машинное обучение |
| Роботизация и автоматизация | Автоматизация рутинных и опасных задач | Дроны для инспекции, автоматизированные буровые установки, подводные роботы |
| Экологические инновации | Снижение воздействия на окружающую среду | CCS, разработка биотоплива, сокращение утечек парниковых газов |
| Методы бурения и добычи | Увеличение эффективности добычи | Горизонтальное бурение, гидроразрыв пласта, многозабойное бурение |
Тенденции и перспективы развития
Соблюдение экологических стандартов имеет решающее значение для компаний, работающих в нефтегазовом секторе, где строгие требования по выбросам и отходам становятся нормой. Оборудование, прошедшее сертификацию по ISO 14001, позволяет минимизировать негативное воздействие на окружающую среду, а еще избежать штрафных санкций.
Внедрение инноваций, искусственного интеллекта, Big Data и их производных способны изменить саму философию работы отрасли, сделать ее более безопасной и предсказуемой. Мир меняется, производства становятся все более технологичными.
По итогам 2024 года ИТ-расходы российских нефтегазовых компаний достигли 135 млрд рублей. Это связано с импортозамещением критических систем и зарубежного софта. В частности, наблюдается внедрение российских решений в области документооборота: на отечественное ПО данного класса перешли 79% компаний сектора.