Цифровые модели Р и ЭНМ

РГУ нефти и газ (НИУ) имени И.М. Губкина, весенний семестр, 15 февраля 2021 г Цифровые модели Р и ЭНМ Обзорная лекция Еремин Н.А. профессор кафедры Р и ЭНМ, д.т.н. Contacts: [email protected]; Ключевые слова           Нефтегазовая геоинформатика Цифровая нефтегазовая экосистема Цели цифровой модернизации Критерии цифровизации нефтегазового дела Эволюция цифровой модернизации НГК РФ Ключевые направления научных исследований Масштабирование технологии «Цифровое месторождение» Цифровое месторождение - нефтегазовый интернет вещей Арктическое Приразломное НМ Большие ГеоДанные  Эволюция Больших ГеоДанных  Нефтегазовый суперкомпьютинг в         геомоделировании Суперкомпьютинг в цифровом моделировании керна Технологические приоритеты на 2021-2035 гг. Цифровые геоинформационные технологии Цифровой оператор Динамика работы цифровых скважин Цифровой двойник трубопровода Автоматизированная система предупреждения осложнений Цифровой нефтегазовый университет 2 Цифровой нефтегазовый комплекс Цифровая разведка Цифровой транспорт Цифровое месторождение Цифровое бурение Цифровое ресурсопользование Цифровая разработка Цифровая энергетика Цифровая добыча Цифровая логистика Цифровой маркетинг Геоинформатика Нефтегазовая геоинформатика формирует базу знаний о природно-техногенной системе (системе разработке месторождения) при обработке и интерпретации больших объемов геоданных с использованием методов искусственного интеллекта (нечеткая логика, машинное обучение), предиктивной аналитики данных и суперкомпьютинговых технологий для эффективного освоения месторождений нефти и газа в режиме реального времени Аналитика больших геоданных Методы Искусственного интеллекта Статистика Геоинформатика Геология 4 Цифровая нефтегазовая экосистема Экосистема в природе – это место обитания сообщества живых организмов, связанных между собой обменом веществ и энергией Цифровая нефтегазовая экосистема в экономике – это пространственновременная система экономических отношений, между поставщиками и потребителями нефтегазовых услуг/товаров с использованием рыночного конкурентного ценообразования на единой цифровой платформе с обработкой больших геоданных в режиме реального времени ЦИФРОВИЗАЦИЯ ОБЪЕКТОВ ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ Управление сигнализациями Онлайн-оптимизация Центр управления производством Цифровой двойник Прогнозирование осложнений Операционный контроль Оптимизация производства Цифровая платформа ЦУП Контроль качества Цифровой оператор Энергоконтроль Управление по сценариям Цифровые АСУТП Электронный журнал операций Модернизация технологий Управление событиями Робот - директор Технологические объекты Онлайн-мониторинг КПЭ КРИТЕРИИ ЦИФРОВИЗАЦИИ НЕФТЕГАЗОВОГО ДЕЛА Повысить доход на 40% Снизить затраты на ТО и Р на 15% Снизить операционные затраты на 20% Снизить капитальные затраты на 15% Снизить объем инвестиций на 15% оптимизирует информационные потоки, повышает эффективность принимаемых решений повышает эффективность производства Обеспечить прирост EBITDA на 30% Повысить производительность труда на 15% Увеличить срок службы активов на 10% BIG GEO DATA Снизить количество аварий на 30% Продлить срок разработки на 15-20 лет 6 Цели цифровой модернизации Конкурентоспособность нефтегазовых технологий Улучшение экологии за счет применения цифровых технологий Энергетическая безопасность страны Цифровая модернизация Новые рабочие места с цифровыми компетенциями Безаварийная эксплуатация 7 Эволюция цифровой модернизации НГК РФ Цифровые технологии определенно не новость дня Новым является экспоненциальное возрастание скорости цифровой модернизации НГК, которая является следствием растущей синергии цифровой нефтегазовой экономики Синергия цифровой нефтегазовой экономики (от греч. synergys - вместе действующий) – это возрастание эффективности деятельности НГК за счет цифровой эмерджентности, т.е. степени интеграции и взаимодействия отдельных частей в единой цифровой нефтегазовой экосистеме 8 Ключевые направления научных исследований Результаты научных исследований Направления научных исследований Цифровые нефтегазовые технологии 1. 2. Цифровая модернизация 1. Технологическая модернизация 2. 3. 4. Разработка моделей ИИ Инновационные нефтегазовые технологии 3. ИНС и машинное обучение Разработка алгоритмов управления в РРВ 4. 5. Разработка систем хранения и обработки больших баз гео данных (Big Geo Data) 6. Обучение и повышение образование цифровым специальностям Потенциальные отечественные исполнители Программно-аппаратные комплексы оперативно-технологического управления Институты РАН (Центральная группа, СО РАН, ДВО РАН) Университеты ФИЦ, НИЦ Системы диспетчерского управления, сбора, хранения и обработки большого объема геоданных 6. Цифровой нефтегазовый университет 5. 9 Масштабирование технологии «Цифровое месторождение» 2015 2020 Источники: Дмитриевский А.Н. и Еремин Н.А., 2015 и 2020 г 10 Цифровое месторождение - нефтегазовый интернет вещей 2018 - Пилотный проект для нефтяных скважин на базе PIoT в нефтегазовой компании с 4 месторождениями был представлен президенту России Владимиру Путину. R<=20 km PIoT Sensors Cloud service Digital Plattform 11 Арктическое Приразломное НМ На арктическом шельфе ПАО «ГАЗПРОМ» уже 8 лет успешно разрабатывает Приразломное месторождение в соответствии с проектом разработки, созданном при участии специалистов ИПНГ РАН. В 2002 г. Еремин Н.А. с соавторами представил доклад об основных положениях системы разработки месторождения Приразломного морского месторождения на 17 Мировом нефтяном конгрессе: Eremin N.A., Zheltov Yu.P., Baishev B.T. WPC-32188 Project of the Effective Development of the Oil Field Prirazlomnoje in the Conditions of Moving Ice of Arctic Shelf. // Proc. 17 World Petroleum Congress, Forum 14, 1-7 Sept.2002, Rio de Janeiro, Brazil, pp. 581-583 VI Международный Форум «Арктика: настоящее и будущее», 5 декабря 2016г у стенда Приразломное НМ 12 Большие ГеоДанные Данные реального времени, IoT, роботы (датчики на тех.объектах, носимые устройства у персонала) Эволюция Больших ГеоДанных Эволюция Больших Геоданных описывается так называемой S-кривой. В начале идет медленный рост. Затем темпы роста становятся большими и достигают максимума в месте перегиба. В конце происходит постепенное затухание. Цифровизация – это переход с механической или аналоговой формы сбора и передачи геоинформации на цифровую (или цифровая трансмиссия данных, закодированных в дискретные сигнальные импульсы). 1-я S-кривая 2-я S-кривая 3-я S-кривая Квантовизация – это регистрация и трансмиссия геоинформации, закодированной в квантовых состояниях (КС) в виде фотонов по оптоволокну или по открытому пространству. Фотоны – кванты электромагнитного излучения распространяются со скоростью света, и позволяют кодировать информацию в частотных, фазовых, амплитудных, поляризационных и временных переменных. Source: McKinsey Воздействие Оптикализация – это оптическая регистрация и трансмиссия геоинформации, закодированной в дискретных световых импульсах по оптоволокну Продвинутая аналитика • 3D сейсмика • 3D моделирование пласта • Линейная оптимизации • Расширенные средства управления процессом • Автоматизация данных Цифровизация процессов Робототехника и автоматизация Бизнес-модель инноваций • Предиктивная аналитика операций • Оптимизация производительности труда • Информационная модель актива • Оптимизация интерфейса поставщика Нефтегазовый суперкомпьютинг в геомоделировании Характерный размер ячейки Уровни организации природнотехногенных объектов Земля Объем, км3 1мкм, 10-6м 1 мм, 10-3м 1 см, 10-2м 1 дм, 10-1м 1 м, 100м 10 м, 101м 1,08*1012 Нефтегазоносные осадочные бассейны 1,1*109 Уникальный осадочный бассейн Арабского залива 6,38*106 Уникальный Западно-Сибирский осадочный бассейн 4,68*106 Уникальное Уренгойское ГКМ 1,32*104 Сеноманский горизонт 0,6*103 Керн, м3 0,02 м3 Пета– 2021? 0,08 м 0,84 м 8,4 м Тера 2014 г 10 м, 102м 1км, 103м 10 км, 104м 100 км, 105м 0,1 км 1,0 км 10,2 км 102км Гига – 2012 г Мега– 2000 г Кило – 1988 г 84,3 м 15 Суперкомпьютинг в цифровом моделировании керна Линии тока однофазного флюида в цифровом керне песчаника Двухфазное течение флюидов в цифровом керне 16 Технологические приоритеты на 2021-2035 гг. Эксплуатационный фонд скважин, дистанционно управляемый в режиме реального времени: 2021 г.40 тыс. шт., из них газовых - 10 тыс. шт.; 2030 г. – 100 тыс.шт., из них газовых 17 тыс.шт. Прирост капитализации нефтегазовых компаний в процентах к 2016 г.: 2021 г. – 20% ; 2030 г. – 100% ; 2035 г. – 150%. Суммарный прирост запасов легкой маловязкой нефти 2021 г. – 0,2 млрд.т.; 2030 г. – до 2,5 млрд.т.; 2035 г. – до 3 млрд.т. Увеличение коэффициента извлечения нефти (КИН): 2016 г. - 29%; 2021 г. – 31-32%; 2030 г. - 4042%, 2035 г. – 45 - 50%. Увеличение нефтедобычи до 620-630 млн.т. к 2035 году. Источник: Дмитриевский А.Н., Еремин Н.А. «Цифровая нефтегазовая экономика» на круглом столе «Мозговой штурм" по направлению "Цифровая экономика" в Аналитическом центре при Правительстве Российской Федерации, 2 февраля 2017 г 4 + 1 2 3 - 5 Время Начало добычи 17 Цифровые геоинформационные технологии Цифровое месторождение Цифровая геоинформационная платформа Геосферная обсерватория Интегрированное моделирование многофазных смесей Цифровой двойник морской добывающей платформы 18 Цифровой оператор Цифровая каска 1. трудовая активность с учётом местоположения 2. онлайн-мониторинг 3. состояние здоровья 4. контроль ношения СИЗ 19 Динамика работы цифровых скважин Накопленная добыча нефти, тыс. т Прирост 19% или 65 тыс. т Прирост 43% или 100 тыс. т Интеллектуальное заканчивание Устройство контроля притока Щелевой фильтр Время работы скважины, суток Источник: ПАО Лукойл 20 Цифровой двойник трубопровода Цифровой двойник нефтепровода с шагом сетки 0,01 м, созданный с помощью бесконтактного метода магнитной томографии 21 Автоматизированная система предупреждения осложнений при традиционном и роботизированном бурении скважин ГНВП Поток флюидов из пласта Прихват Поглощение 22 Цифровой нефтегазовый университет Способ использования: •Описать потребности нефтяной компании в кадрах с цифровыми компетенциями •Сформировать количественный кадровый запрос Студент Способ использования: • Построить образовательную траекторию достижения профессиональной цели, а на ее основе персональный учебный план • Двигаясь по учебному плану, достичь профессиональной цели и получить цифровые нефтегазовые компетенции Функции университета: •Сформировать общее понятийное поле, в рамках которого возможно описание кадровых потребностей •Предоставить механизм построения образовательных траекторий и учебных планов НГ компания Digital Oil and Gas University Профессора Способ использования: • Создать востребованные образовательные программы • Организовать продажу востребованных программ Source^ Anatoly Zolotukhin, Nikolai Eremin, Nikita Kozhevnikov. Digital Oil and Gas University. // The III International Conference «Science, Education and Youth in the Modern World», Gubkin Humanitarian Readings on the theme «The Future in the Present: The Human Dimension of the Digital Age», Moscow, Gubkin Russian State University (National Research University) of Oil and Gas,on the 5-6th of April, 2018. // Editors: M.B. Balycheva, O.M. Smirnova. Moscow: Publishing Center of the Russian State University of Oil and Gas (NIU) Gubkin. 2018. Part 3, p.231-237 23 18 монографий и учебных пособий На русском языке На английском языке 24