Топ-15 технологий в нефтегазовом секторе
Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ определил с помощью системы анализа больших данных iFORA ключевые направления прикладных исследований и разработок для нефтегазового сектора1, которые могут существенно изменить его глобальный технологический облик уже в краткосрочной перспективе.
Справочно: Система интеллектуального анализа больших данных iFORA разработана ИСИЭЗ НИУ ВШЭ с применением передовых технологий искусственного интеллекта и включает порядка 800 млн документов (научные публикации, патенты, нормативная правовая база, рыночная аналитика, отраслевые медиа, материалы международных организаций, вакансии и другие виды источников). В 2020 г. iFORA отмечена в журнале Nature в качестве эффективного инструмента поддержки принятия решений в интересах бизнеса и органов власти. ОЭСР относит систему к успешным инициативам в области цифровизации науки. Для данного исследования были проанализированы более 370 тыс. мировых патентов из массива EPO Worldwide Patent Statistical Database (PATSTAT) за 2013–2022 гг.
Нефтегазовый сектор остается одним из ключевых в российской экономике. По данным Росстата, в 2023 г. его доля в ВВП составила 16,5%. Анализ мировых патентов показывает, что в ближайшие несколько лет глобальный технологический облик сектора будут формировать измерительные, био-, нано-, цифровые технологии и робототехника (табл. 1). Ведущиеся по этим направлениям разработки призваны повысить эффективность добычи, транспортировки и переработки углеводородов (интенсифицировать работу скважин и др.), снизить производственные затраты и объемы выбросов в окружающую среду, а также повысить безопасность на рабочих местах.
Ключевые позиции в патентовании в нефтегазовом секторе отведены группе измерительных технологий. В отличие от традиционных, современные способы измерения операций в скважине позволяют анализировать данные в режиме реального времени, а не по окончании бурения. За счет этого добывающие компании оптимизируют траектории скважины и улучшают контроль над разработкой месторождения. Измерения во время бурения (№ 1) осуществляют c помощью погружаемых в ствол скважины датчиков, которые фиксируют азимут (направление относительно севера) и наклон (угол между стволом скважины и вертикалью) и через небольшие отрезки времени отправляют информацию на поверхность. Похожим образом получают данные о геологических образованиях, через которые проходит долото, с помощью каротажа во время бурения (№ 3).
В числе топовых направлений прикладных исследований и разработок наибольшее число патентов защищают решения на базе цифровых технологий, пронизывающих все ключевые процессы нефтегазового сектора — от разведки и добычи (upstream) до переработки и распределения (downstream). На каждом этапе генерируются массивы больших данных (№ 5), в том числе в ходе использования промышленных датчиков. Их дальнейшие обработка и анализ становятся основой для оптимизации производства, а также позволяют предвидеть и предотвращать возможные поломки или аварии. Традиционные способы исследования подземных структур и разведки месторождений, построения оптимальных транспортных маршрутов нефтесервиса, прогнозирования спроса на энергоносители в будущем могут вытеснить нейросети, основанные на глубоком обучении (№ 6), наряду с компьютерным зрением (№ 10), 3D-моделированием (№ 11) пластов и технологиями виртуальной реальности (№ 13).
Спектр применения биотехнологий в секторе также разнообразен. Для борьбы с коррозионно-опасной для нефтепроводов микрофлорой разрабатываются специальные бактерициды (№ 2). Их использование снижает расходы на ремонт и техническое обслуживание оборудования, а также может существенно продлить срок его эксплуатации. На этапе добычи нефти для ее извлечения в больших объемах из коллекторов применяют микробиологические методы повышения нефтеотдачи (№ 12). Справляться с последствиями аварийных разливов на почве и на воде, а также в целом улучшать экологическую обстановку помогают бактерии, разлагающие нефть до соединений, безопасных для окружающей среды (№ 7).
Новые материалы и химические соединения позволяют оптимизировать процессы строительства трубопроводов, максимизировать продуктивность скважин, снизить вредные выбросы в окружающую среду. Популяризация и коммерциализация графена открыла дорогу инновациям на разных этапах добычи нефти и газа, даже притом что более широкому распространению материала все еще препятствует его дороговизна. Так, на основе наночастиц графена (№ 4) изготавливают коррозионностойкие покрытия для металлических труб, используемых для транспортировки нефти, и разрабатывают буровые растворы, препятствующие скоплению на фильтре толстой корки в виде отложений твердых частиц, затрудняющих проникновение раствора в нефтяной пласт. Технология нанофильтрации (№ 8), основанная на разделении растворов путем их пропуска через мембраны, в нефтегазовом секторе может применяться для очистки добываемых углеводородов от примесей или сточных вод от промышленных загрязнений.
Роботизация повышает безопасность операций и производительность труда при обслуживании промышленного оборудования и ускоряет переход к концепции «безлюдного» производства в нефтегазовом секторе. БПЛА (№ 9) и ТНПА (№ 15) позволяют преодолевать огромные расстояния, на которые простираются нефте- и газопроводы как на поверхности Земли, так и под водой; вести вне зависимости от климатических условий мониторинг состояния объектов нефтегазовой инфраструктуры и своевременно обнаруживать утечки. Оснащенные датчиками дроны упрощают сбор информации при поисково-разведочных работах. Роботизированные буровые установки (№ 14) позволяют автоматизировать обустройство скважин, в том числе на глубоководных месторождениях, сократить трудоемкий процесс бурения и снизить травмоопасность на месте проведения работ.
Источники: расчеты на основе системы интеллектуального анализа больших данных iFORA (правообладатель — ИСИЭЗ НИУ ВШЭ); результаты проекта «Исследование тенденций и факторов устойчивого развития сферы науки и технологий» (реализуется Лабораторией исследований науки и технологий ИСИЭЗ НИУ ВШЭ).
Материал подготовила Елизавета Сабидаева
Предыдущий выпуск серии «iFORA-экспресс»: «Топ-10 перспективных технологий квантовой связи»
См. также: «Китайский путь к «квантовому превосходству»