Цифровой двойник Самотлорского месторождения 

Введение 

В 2014 году на 20-й конференции участников Рамочной конвенции ООН об изменении климата было предположено, что к 2050 году будет полное сокращение «углеродного следа» [1]. Данным углеродным следом являются выбросы углекислого газа, например, дожигание попутного газа в факелах, что является причиной скорейшего ухудшения состояния в связи с парниковым эффектом. Сокращение выбросов углеводородов является следствием борьбы с глобальным потеплением климата, поэтому мы считаем важным к 2100 году модернизировать не только нефтегазовый комплекс, но и энергетический, т.к. нефтегазовый комплекс потребляет большее количество электроэнергии. Данная проблема актуальна не только для Ханты-Мансийского автономного округа, но и для других регионов, в которых ведется добыча нефти и газа, районы Крайнего Севера.  

Основная часть 

Целью нашей работы является рассмотрение использования цифрового двойника Самотлорского месторождения, и как следствие прогнозирование возможности внедрения данной технологии. Это позволит к 2100 году полностью модернизировать не только нефтегазовый комплекс, но и улучшить энергетический.  

Приведем для полного понимания определение цифрового двойника.  Цифровой двойник  – это интегрированная мульти-физическая, мульти-масштабная вероятностная симуляция сложного объекта, которая использует физические, математические, имитационные и другие модели. Получение как можно более достоверное представление о соответствующем реальном объекте на основе анализа данных, поступающих из сенсорных сетей и других источников.   

Сегодня главной движущей силой социально-экономического развития становятся информационные технологии [2]. Такая взаимосвязь трёх  компонентов: информационные технологии, нефтегазовая отрасль и энергетика, в будущем может обеспечить наиболее эффективное использование не только природных ресурсов в виде не возобновляемых источников энергии, но и экологической обстановки на месторождениях. Такое объединение трех структур позволяет создавать новую архитектуру электроэнергетических систем, отвечающую всем требованиям надёжности и экономичности. Прогнозирование  возможных аварий существенно снизит ущерб, наносимый природным экосистемам, а также поможет снизить использование неэффективных мощностей. Мы считаем, что использование Цифрового двойника в районах Крайнего Севера весьма важно, поскольку затраты на людской ресурс и любые принимаемые решения в условиях критически низких температур могут оказать рачительными.  

Основными стратегическими направлениями совместных исследований, проводимых, в международных рабочих группах являются распределение энергоресурсов, обеспечение надёжности и отказоустойчивости энергосистем, а также новые бизнес-модели в электроэнергетике. Стоит рассмотреть данный вопрос со стороны не только нефтегазового комплекса, но и со стороны энергетического комплекса, так как эти две отрасли взаимосвязаны между с собой. Поскольку нефтегазовый комплекс является крупным потребителем электроэнергии, то стоит рассмотреть еще и Активные энергетические комплексы (АЭК), где активный энергетический комплекс (АЭК) представляет собой электрически связанную в рамках общих границ балансовой принадлежности микроэнергосистему [4].  В 2020 году Министерство юстиции Российской Федерации  зарегистрировало приказ Министерства энергетики от 30 июня 2020 г. №507 «Об утверждении требований к управляемому интеллектуальному соединению активных энергетических комплексов», который позволяет начать в стране работы по созданию и вводу в эксплуатацию нового типа микроэнергосистем – активных энергетических комплексов.[5]   

Уже ведется строительство и использование активных энергетических комплексов в условиях крайнего севера. В 2020 году ООО «Аггреко Евразия» и ПАО «НК «Роснефть» заключили договор об энергоснабжении Сузунского месторождения (Таймыр) на 17 лет. Так, Аггреко организует полное функционирование временного (мобильного) энергоцентра: проведёт модернизацию ЗРУ и электрических сетей, обучит персонал, подготовит резерв генераторов и запасных частей к ним, обеспечит выполнение всех ремонтов. Дополнительно к уже работающим на месторождении 45 ГПУ единичной мощностью 62 МВт каждая. Наращивание мощностей и модернизация локальной системы электроснабжения, работающей в изолированном режиме, позволит ПАО «НК «Роснефть» полностью обеспечить потребности в электроэнергии и мощности всех потребителей, без существенных затрат, т.к. установленные ГПУ работают на попутном газе, добываемом непосредственно на площадке месторождения [3]. Такая модернизация месторождения позволит получать энергию экологичнее и без существенного увеличения затрат на электроэнергию. Двойник смог бы предсказать износ, стойкость, поломку данного оборудования и спрогнозировать решения, которые скажутся на  улучшении экологической обстановки в виде возможности модернизации нефтегазодобывающего комплекса [5].  

Перед нами стоит вопрос «Что же будет раньше: микрогрид (АЭК)  или цифровой двойник?» Где под микрогридом мы понимаем локальную энергетическую систему, которая предполагает создание таких энергетических структур, которые смогут работать автономно.  

Спрогнозируем, что к 2030 году появится программное обеспечение, позволяющее создать цифровой двойник предприятия. На Сузунском месторождении давно уже функционирует АЭК, но без цифрового двойника, поскольку его не планировали изначально. Мы можем спрогнозировать, что в будущем экологическая обстановка там может остаться без каких либо и положительных изменений, и негативных. Также может существовать вероятность смещения сроков ввода в эксплуатацию необходимого оборудования. Слишком много факторов риска, которые могут существенно влиять на качество работы самого месторождения. Что может в свою очередь увеличивать затраты. В этом, мы считаем, и состоит сложность проектирования месторождения не в Цифровом двойнике.  

Предположим, что существует доля  вероятности, при которой возможно «построить» в программе Цифрового двойника Самотлорское месторождение. Спрогнозируем эту вероятность далее. 

Двойник такого месторождения спроектирован по оптимальному экономическому пути, с учётом всех возможных затрат на ремонт, модернизацию; возможных прогнозов по наладке, перепроектированию систем скважин. Вся система Цифрового двойника будет прогнозировать всевозможные ситуации, которые требует незамедлительного вмешательства ремонтных бригад. Тем самым снижая риск загрязнения окружающей среды и как можно меньший ущерб природному ландшафту местности месторождения. Мы предполагаем, что затраты на строительство месторождения на местности и в Цифровом двойнике будут равноценны, но именно с  учетом двойника затраты на обслуживание оборудования будут прогнозироваться и подавать сигналы о замене или ремонте будут заблаговременно, что поможет избежать попадания нефтяных продуктов в почту и близлежащие водоемы.   

Мы предполагаем, что системы Цифрового двойника окупит себя быстрее, чем строительство на земле, так как  наблюдается тенденция по улучшению экологической обстановки в целом и ориентации государства на экологические программы, и можно предположить, что штрафы от загрязнения среды будут возрастать. Сделаем вывод, что в Цифровом двойнике будет рассчитана оптимальная логистика, тем самым снижая затраты не только на транспортировку нефти и газа, но и экономии металла на производство трубопроводов, а также последующую их очистку магистральных трубопроводов.  

Заключение 

Поэтому оптимальным решением, мы прогнозируем, в будущем проектировать системы нефтегазового комплекса в Цифровом двойнике с учетом того, что можно снизить затраты на электроэнергию как активные энергетические комплексы. Поэтому сделаем вывод, о том, что в будущем наиболее оптимальным будет сначала строить микрогрид в Цифровом двойнике, поскольку снизятся риски на нестабильности в работе всего комплекса. Можно сделать вывод о том, что в будущем оптимальным решением будет моделировать месторождение в Цифровом двойнике, поскольку снизятся технологические риски. Также такая модернизация нефтегазового комплекса заметно, на наш взгляд, поможет модернизировать энергетический сектор.  

Список литературы 

 1. Сидорович В. Мировая энергетическая революция: Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир / В. Сидорович. — Москва : Альпина Паблишер, 2019. — 208 c. — ISBN 978-5-9614-5249-5. — Текст : электронный // Электронно-библиотечная система IPR BOOKS : [сайт]. — URL: http://www.iprbookshop.ru/82723.html (дата обращения: 01.05.2021). 

2. Иванов С.А., Никольская К.Ю., Радченко Г.И., Соколинский Л.Б., Цымблер М.Л. Концепция построения цифрового двойника города // Вестник ЮУрГУ. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2020. Т. 9, № 4. С. 5–23. DOI: 10.14529/cmse200401. 

3. Aggreko Электронный ресурс]. – Режим доступа https://www.aggreko.com/ru-ru/news/2020/eurasia-news/suzun2020 свободный (дата обращения 03.05.2021) 

4. Национальная технологическая инициатива (НТИ) [Электронный ресурс]. – Режим доступа  https://nti2035.ru/media/publication/znakomtes-aek свободный (дата обращения 03.05.2021) 

5. Энергоинновация Ассоциация инновационных предприятий в энергетике [Электронный ресурс]. – Режим доступа   https://энергоинновация.рф/v-sostave-ees-rossii-budut-sozdany-aktivnye-energeticheskie-kompleksy/ свободный (дата обращения 03.05.2021)