Да будет нефть!

Когда-то, на заре человечества, нефть добывали буквально на поверхности земли, а месторождения были столь богатыми, что в некоторых местах она даже била фонтанами из-за подземного давления. Сегодня, однако, добыча во всем мире, в том числе и в России, приближается к своему пику — и становится все сложнее. «Легкие» запасы закончились — бóльшая часть залежей находится на многокилометровой глубине, где нефть содержится в очень твердых породах. На помощь приходят современные технологические решения: для поиска новых источников нефти используют все современные достижения, вплоть до машинного обучения и анализа больших данных, в управлении бурением все бóльшую роль играют цифровые технологии.
Квалифицированные кадры при этом настолько востребованы, что будущих специалистов «вербуют» уже со школьной скамьи — например, компания «Газпром нефть», спонсор этого материала, в рамках программы социальных инвестиций «Родные города» прямо сейчас набирает среди старшеклассников участников для конкурса «Умножая таланты». О том, как меняется нефтяная индустрия, становясь одной из самых высокотехнологичных и наукоемких в современном мире, читайте в материале, подготовленном Алексеем Остаповым в рамках спецпроекта.

Прошлое и настоящее

Добыча и использование нефти имеет очень долгую и интересную историю, которая началась задолго до появления первых автомобилей. На Ближнем Востоке асфальт, который тоже является одной из производных, применяли в строительстве, древние египтяне с помощью нефти бальзамировали мумии, а в качестве топлива она стала использоваться примерно за четыре века до нашей эры в Китае. В этой же стране, кстати, пробурили и первые скважины глубиной до 240 метров. В России первая добыча нефти началась на реке Ухте, там же ее и перерабатывали — первый НПЗ появился в конце XVIII века. Готовый продукт использовали в основном для освещения в монастырях и церквях, а вот в обычных домах в ходу еще долго оставались свечи.

Впрочем, золотой век для нефти наступил чуть больше сотни лет назад, когда бензин и солярка превратились в топливо для стремительно развивающихся и захватывающих мир автомобилей. К тому моменту на месторождениях уже появились известные всем «качалки». Не осталась в стороне и Россия, вернее — СССР. Уже к середине столетия началось активное освоение Западной Сибири, где оказались богатейшие нефтяные месторождения. Тогда нефтеносные пласты в Югре считались «легкими», так как по мощности (толщине пласта) достигали десятков, а то и сотен метров.

К концу 1980-х годов нефтедобыча в СССР достигла своих максимальных показателей, и даже последующий спад в 1990-е годы был вызван в первую очередь не истощением пластов, а общими сложностями в экономике. 

Тем не менее, отрасль оправилась от трудностей, и уже к началу XXI века начала возвращать потерянные позиции. Но вместе с ренессансом пришли и неизбежные проблемы, вызванные тем, что «легких» месторождений становилось все меньше. Поэтому сейчас отрасль все активнее использует самые современные технологии, которые позволяют значительно повысить эффективность как поисков новых месторождений, так и их разработки. В компании «Газпром нефть», например, этими направлениями занимается Научно-технический центр, в состав которого входит Центр управления бурением «ГеоНавигатор».

Настоящее и будущее

Добыча, конечно же, начинается с поиска новых месторождений — это процесс, требующий высокой точности. Из разведочных скважин отбирается керн — образцы породы, которые дают специалистам первичную информацию. По ним судить можно лишь о том, что находится в радиусе 15 сантиметров от скважины, а все остальные данные — результат прогноза с использованием современных технологий. Все модели строятся сейчас в Научно-техническом центре «Газпром нефти» с помощью специальных программ и активного применения возможностей искусственного интеллекта. Кроме данных, полученных при изучении керна, закладываются и результаты других исследований. Так, замер естественного радиоактивного фона позволяет определить возможные пласты глины — для нефтяников это хороший знак, так как они зачастую оказываются «крышкой» над нефтеносным пластом.

Дальше начинается создание цифровых двойников — электронных аналогов месторождения, на котором визуализируется его геологическое строение. Моделирование помогает дорисовать незаконченную картину: дополнить уже известные данные информацией о том, как в пластах распределена нефть. Особенно эта информация важна при бурении горизонтальных скважин, когда вместо десятка вертикальных стволов бурится один, и уже на глубине он «поворачивает» в сторону «сложного» нефтеносного пласта. Мощность которого, кстати, зачастую не превышает и 5 метров — то есть старыми способами разработать его было бы не то что невыгодно, а, скорее всего, просто невозможно.

Сотрудники Центра управления бурением (ЦУБ) координируют строительство скважин в круглосуточном режиме. Оперативный контроль важен потому, что датчики, с которых поступает информация в Центр, находятся в 30 метрах от наконечника долота. Одно из предлагаемых решений ликвидации «слепой зоны» — в построении обучаемой математической модели, которая по таким параметрам, как нагрузка, крутящий момент, вибрация, скорость бурения, способна определять тип горной породы на долоте в режиме реального времени. Этот цифровой инструмент будет помогать инженерам уточнять модель пласта и корректировать бурение, не выходя за пределы тонкого нефтяного пласта.

Для решения столь разнообразных задач требуются специалисты самых разных профилей, в том числе, казалось бы, не связанных с нефтедобычей. Поэтому в НТЦ в тесной связке с инженерами-нефтяниками работают физики, математики, химики, программисты и представители многих других специальностей.

Программное обеспечение, консолидирующее работу такого числа разных экспертов, в значительной части используется отечественное — российские разработки особенно ценны еще и тем, что учитывают все особенности месторождений, от географии и геологии до климата. Варианты расстановки скважин (на каждом месторождении их может быть сотни) рассчитываются через программы типа «ОптимА», созданные в «Газпром нефти». Они перебирают тысячу вариантов расположения скважин, определяя оптимальный. У человека эта работа заняла бы больше года, а машина справляется за несколько дней.

Вопрос подготовки кадров для высокотехнологичных направлений «нефтянки» остается крайне актуальным, и компании сами активно участвуют в его решении. Если тебе нравится физика, математика и другие точные науки, если ты готов решать нестандартные задачи, то для таких, как ты, компания «Газпром нефть» ежегодно проводит турнир по нефтегазовой тематике «Умножая таланты» — в этом году у потенциальных участников, кстати, есть еще неделя для подачи заявок. С его помощью старшеклассники из российских городов, где представлена компания, еще до поступления в вуз могут узнать, как выглядит работа современного нефтяника, которая сегодня является одной из самых технологичных и интересных в мире.

Алексей Остапов