Космос под землей или тайная сторона российских автозаправок

Есть ли у вас дома хоккейная шайба? Пожалуйста, достаньте её и повертите в руках, попробуйте сжать пальцами. Примерно так выглядит сегодня типичная порода, из которой добывают нефть, а потом делают бензин. «Выдоить» ценную жидкость из твёрдого материала, который расположен глубоко под землёй, очень непросто, поэтому нефтяникам приходится и осваивать самые передовые технологии, и двигать вперёд науку в тех случаях, когда нужные технологии ещё никем не изобретены. Напомню, из нефти делают топливо, которое нужно, чтобы машины, самолёты и суда могли двигаться. Также из нефти делают пластики и множество других необходимых вещей, включая, — сюрприз, — даже солнечные батареи.

Ещё недавно, в XX веке нефть можно было выкачивать из-под земли безо всяких хитростей — пробурил прямую скважину на 800-900 метров, поставил насос, да поднимай её на поверхность. За прошедшие десятилетия однако вся легкодоступная нефть была уже успешно добыта и потрачена: во всяком случае, в России. Теперь нашим нефтяникам приходится выдавливать нефть из залежей, к которым раньше даже не подступались. Они гораздо тверже, чем «легкие» для добычи песчаники и залегают на глубине 3-4 км.

К нашему счастью, современные технологии помогли уменьшить себестоимость добычи и сделать «трудную» нефть доступной — если бы не напряжённая работа учёных и инженеров, планета столкнулась бы уже с сокращением добычи и с дефицитом нефти.

В начале августа я побывал в технологической штаб-квартире «Газпром нефти» (Научно-Техническом Центре на набережной Мойки) и посмотрел, как команда бурильщиков за компьютерами прямо из Санкт-Петербурга в режиме реального времени руководит разработкой всех скважин компании: и в России, и за её пределами.

Внешне всё выглядит примерно как в центре управления полетами у космонавтов: увешанная мониторами стена, непонятные графики и таблицы на экранах, сотрудники с сосредоточенными лицами. Даже от посетителей центра научная составляющая скрыта за таблицами и строчками различных кодов, поэтому многие полагают, будто льющийся из шланга бензоколонки бензин – это легкодоступный продукт. 

На самом деле, конечно же, это не так. Процесс бурения при высочайшей цене погрешности (одна скважина стоит не меньше 100 млн руб., и ошибка при её создании убьет экономику всего проекта) приходится вести без какого-либо визуального контакта. В распоряжении бурильщиков только данные, поступающие со всевозможных датчиков на конце спускаемого под землю долота. Подобную операцию можно сравнить с полетом через астероидное поле на корабле без иллюминаторов.

1. Перед тем, как начать добычу

Самые важные решения нефтяники принимают ещё до того, как приступить к работе на новом участке. Им нужно заранее рассчитать, удастся ли извлечь из этого места достаточно нефти, или лучше начать бурить в какой-нибудь другой точке. Такие решения принимают специалисты-разработчики: это весьма сложное дело, требующее глубоких математических расчётов.

Керн, – короткий столбик породы, который извлекают из тестовых скважин, – позволяет точно понять, что расположено под землёй, однако только на расстоянии в 15 сантиметров от скважины. Остальное – точные прогнозы и модели, созданные при помощи специальных программ и напряжённой работы искусственного интеллекта. Много информации даёт также похожий на морковку зонд, который кроме всего прочего фиксирует естественную радиоактивность. Она помогает обнаружить, к примеру, глины, так что каротаж (погружение зонда в скважину) показывает их примерное расположение под землей. Глины важны, так как именно глина является своеобразной «крышкой», под которой скапливается нефть.

Важную информацию даёт сейсморазведка: «просвечивание» недр звуковыми волнами. Выражаясь профессионально, «возбуждение упругих волн происходит при помощи вибраторов»: на нескольких грузовиках на месторождение привозят оборудование (вибраторы), которое несколько часов подряд сотрясает землю. Приемники фиксируют возвращение звуковой волны обратно: получается что-то типа УЗИ, только просвечивают исследователи не несколько сантиметров вашего живота, а километры подземных слоёв.

Нефтяников особенно сильно интересуют места, где когда-то проходили русла реки, так как именно речной ил со временем превращается в нефтеносные породы.

На основе всех этих данных разработчики строят трёхмерную карту месторождения, прикидывая, как протекали миллионы лет назад реки, и вычисляя, какие слои на какой глубине расположены сегодня. Это очень сложная, но всё же решаемая задача.

2. Планирование

В нефтяной отрасли «разработчик» занимается не программированием, как в ИТ, а разработкой месторождения. Разработчики часто имеют математическое или физическое образование, являются специалистами по бигдате.

Заполучив трёхмерную карту месторождения, разработчики прикидывают оптимальный способ размещения скважин. Дальше они рассчитывают модель, где расположится наземная инфраструктура, как она будет завезена, и кто на ней будет работать. Всё это считается на компьютерах, причём результат расчётов выражается в деньгах: из тысячи сценариев разработки выбирают именно тот, который принесёт максимальную прибыль, при этом разница между «средним» и «лучшим» сценариями составляет обычно около 20%.

Современное месторождение напоминает изюм, которым нафарширована булочка, закопанная глубоко под землёй. Разработчику нужно придумать такую ветвистую схему скважин, чтобы можно было не только дотянуться до каждой «изюмины», но и окупить затраты. Это непросто: чем сложнее скважина – тем она дороже.

3. Ход бурения

Раньше, в добрые сытые времена, скважины бурили исключительно вниз, если и отклоняясь от вертикали, то не больше, чем на несколько градусов. Сейчас буры перемещаются под землёй, как подземные лодки из фантастических романов: в любом направлении, оставляя за собой повороты и даже развилки.

Так, например, одна из популярных технологий, «фишбон», предполагает создание скважин в виде скелета рыбы: горизонтально идущего ствола, в стороны от которого отходят несколько отростков. Такая сложная структура нужна для того, чтобы достичь даже самых трудноизвлекаемых уголков нефтеносного слоя.

Когда чуть выше я написал про точную карту месторождения, я, разумеется, имел в виду не «абсолютно точную», а «достаточно точную для практической работы». Погрузившись под землю, бур сначала идёт вниз, а потом плавно заворачивает под углом 90 градусов, «вгрызаясь» в нефтеносный слой и двигаясь в нем горизонтально на протяжении нескольких километров. Скважины может находиться и на Ямале, и даже на Сахалине, но ход бурения контролируют за тысячи километров, из технологического офиса в Санкт-Петербурге. Бурильщики просчитывают, по каким конкретно породам он движется, и не пора ли корректировать его движение. На расстоянии в 30 метров за буром движется пучок датчиков, который с некоторым опозданием даёт бурильщикам информацию о происходящем вокруг.

Представьте, что вы ведёте большой грузовик в столь густом тумане, что уже на расстоянии вытянутой руки всё сливается в плотное белое пятно. Представьте теперь, что вы сдаёте задом, и от кабины, где вы сидите, до заднего бампера вашей фуры – 30 метров. Вот примерно в таких условиях бурильщикам приходится строить запутанные, многокилометровые маршруты под землёй.

4. Запасы нефти

На нашей планете нефти пока что хватает: вопрос только в том, сколько стоит выкачать её из-под земли. Все удобные места уже освоены, свободными остаются только глубоко лежащие, сложные с геологической точки зрения месторождения.

Забираться за нефтью также приходится с каждым годом всё дальше и дальше. В Сибири и на Ямале полно мест, где всю инфраструктуру нужно строить с нуля, а добраться туда можно только по зимним дорогам, летом там непроходимые для техники болота. Также весьма перспективна работа на шельфе: к западу от Печорского моря ласта геолога ещё не хлюпала, и там предположительно есть места, где находятся пока еще не вскрытые, но огромные залежи нефти. У нас, правда, не Норвегия с её тёплым Гольфстримом, и наши нефтяные платформы нужно защищать от льда, но так как нефти с каждым годом на планете остаётся всё меньше, особого выбора у нефтяников нет – или добывать нефть в крайне неудобной обстановке, или сворачивать лавочку и переквалифицироваться в управдомы.

Судя по тому, какими темпами в отрасли внедряются инновации, и как растёт потребность в нефти, скоро уже наши нефтяники будут всерьёз распечатывать Баженовскую свиту – огромный, но очень тонкий и плотный слой нефтеносной породы, раскинувшейся в Западной Сибири на территории в миллион квадратных километров. Аналогов Бажену нет – это площадка для научных открытий и технологического партнерства. И темпы развития технологий говорят о том, что уже в ближайшие несколько лет там смогут начать добывать нефть 21 века.

5. Компьютерная часть

Как вы уже поняли, высокие технологии – это не блажь желающих идти в ногу со временем нефтяников, а жестокое требование времени. Разрабатывать месторождения «по старинке», без сложнейших вычислений на мощных компьютерах, уже не получится.

Ещё недавно всё самое продвинутое ПО было импортным, от крупных иностранных сервисных компаний. Санкции взбодрили наших нефтяников: несмотря на то, что ограничения пока что наложены только на сланец и на шельф, вопрос о необходимости импортозамещения уже не стоит. Конкретно в «Газпром нефти» используются и западные, и отечественные программы, с перевесом в сторону отечественных. Удивительно, но благодарить за это надо в том числе и девяностые годы: как рассказал мне директор Научно-Технического Центра «Газпром нефти», профессор Марс Хасанов, в 1995 году денег на закупку иностранного ПО у его команды не было, пришлось разрабатывать своё собственное. С тех пор он занимается, в том числе, созданием отраслевых российских программ. Их особенность в том, что там используются не усредненные «общемировые» параметры, как в импортном, а учитываются особенности наших месторождений.

Относительно недавно варианты разработки месторождений просчитывались вручную. Сейчас для этого используют программы типа «ОптимА» (новинка от разработчиков «Газпром нефти»), которые просчитывают тысячу вариантов расположения скважин, позволяя при помощи сложной математики поднять рентабельность проекта на 20%. Система написана на C#. В ней, разумеется, в полный рост используются нейросети, бигдата, самообучающиеся программы. Таких программ для расчетов оптимального освоения месторождений в «Газпром нефти» больше 30. Повторюсь, это вопрос выживания: или нефтяная компания будет находиться на самом передовом крае науки и технологий, или ей придётся забыть о разработке новых месторождений, так как добыча нефти станет тогда слишком дорогой.

6. Системный инжиниринг

Генри Форд изобрёл в начале XX века сборочный конвейер, на котором каждый рабочий делал всего лишь одну хорошо знакомую ему операцию. Разбив сложную задачу на много простых, мистер Форд добился резкого увеличения скорости и качества производства.

Сейчас, к сожалению, метод конвейера перестаёт работать: как минимум в столь высокотехнологичных областях, как нефтяная отрасль. Добычу нефти из месторождения уже нельзя рассматривать как работу отдельно взятых скважин, насосов, электростанций и заводов по первичной обработке пластовой жидкости. Или инженеры управляют месторождением целиком, как единым организмом, или стоимость проекта вырастает на 20-30%, что начисто лишает добычу экономического смысла – себестоимость получается выше, чем цена. 

Объединением установок и остального нефтедобывающего хозяйства в единое целое занимаются системные инженеры – редкие и весьма востребованные в наших широтах специалисты. «Газпром нефть» вынуждена готовить их самостоятельно. В компании заказывают перевод самых популярных в мире учебников по нефтедобыче, а в Тюменском университете по ее инициативе открыта кафедра для подготовки физиков, математиков и химиков под эту специальность. Для практичных молодых людей со светлыми головами, пожалуй, карьера системного инженера является сейчас разумным выбором.

7. Новые материалы

В далёком прошлом новые материалы открывали практически случайно. В средние века алхимики начали проводить целенаправленные эксперименты по поиску философского камня: они смешивали раз за разом случайные вещества и записывали в свои дневники, что у них получается. Так зародилась современная химия.

Сейчас эксперименты проводят осмысленно. Заказчик сообщает, какими свойствами должен обладать материал и учёные синтезируют его у себя в лабораториях.

Нефтяникам, например, постоянно нужно «лечить» скважины, заделывать пробоины. Для этого им требуется особый материал – одновременно и жидкий, чтобы его можно было закачать в скважину, и твёрдый, чтобы из него получились крепкие стенки. Российские учёные разработали такой полимер. Под землёй, как вы знаете, тепло, а на большой глубине так даже и горячо. Бурильщики рассчитывают температуру на месте пробоя, а потом готовят раствор таким образом, чтобы он застывал, допустим, при температуре в 80 градусов. Дальше раствор закачивают в скважину, он достигает нужной глубины и застывает. Получается отличная пломба, которая позволяет работать со скважиной дальше.

Есть и материалы с полноценной памятью формы или, допустим, сначала твёрдые, а потом мягкие, или наоборот. Так, для выноса на поверхность шлама, – появляющихся в процессе бурения осколков породы, – нужна вязко-упругая жидкость типа геля, которая должна по-разному вести себя в разное время, при разных температурах и на разной глубине. Такую жидкость или, точнее, набор жидкостей, современные нефтяники используют постоянно.

Из свежих разработок – профессор из Сколково недавно разработал программу, которая может смоделировать структуру любого материала. С ее помощью удалось создать образец, который по прочности в полтора раза превосходит знаменитый победит. Он уже используется для бурения и не уступает алмазным резцам, расположенным на буровом долоте, однако при этом стоит гораздо дешевле.

Как вы уже догадались по названию «Сколково», большая часть технологий тут отечественная. Если завтра все иностранные компании дружно покинут Россию, добыча нефти усложнится, но не остановится: мы продвинулись уже достаточно далеко, чтобы иметь возможность везде обходиться собственными силами.

Главная проблема сейчас заключается не в том, что мы чего-то не умеем, а в том, что у нас нет достаточного количества мелких и средних предприятий, которые могут выполнять заказы нефтяников. Должны появиться компании по производству нужных материалов, реактивов и оборудования, должны появиться российские сервисные компании. Без этого сектора осваивать Баженовскую свиту будет весьма непросто.

Пока что небольших околонефтяных производств явно недостаточно. Пропант, к примеру, – искусственный песок для гидроразрыва, – в России уже делается, а вот обязательный элемент-загуститель, необходимый для подготовки жидкости для гидроразрыва, часто завозят из-за рубежа. Забавный факт: лучший загуститель получается из сока растения гуар, которое главным образом культивируется в Индии и используется как пищевая добавка. Сейчас гуар начали уже выращивать и на Кавказе.

8. Розница

Знаете ли вы, что АЗС в России по продажам кофе уже начинают догонять американскую сеть кофеен? Кофе является высокомаржинальным продуктом. К примеру, сеть АЗС «Газпромнефть» в 2016 году только за полгода заработала на кофе миллиард рублей, а по итогам 2017-го выручка уже достигла 2,7 миллиардов рублей.

Еще одним открытием для меня стало то, что управляют бизнесом на заправках отнюдь не те классические менеджеры в дорогих костюмах, которых мы привыкли видеть в рекламе и в фильмах. Новый офис «Газпром нефти» (с воздушным названием «Легко») больше похож на кампус какого-нибудь стартапа Силиконовой долины, чем на классический бизнес-стайл. «Питч-сессии», «эджайл», «скрам\канбан» – было полное впечатление, будто я попал куда-нибудь в «Яндекс» или «Гугл».

Оно, впрочем, и объяснимо. Если у вас когда-нибудь был бизнес в интернете, вы знаете, как там всё устроено. Вы изучаете своих потенциальных клиентов, их потребности и возможные ожидания, а потом таргетировано предлагаете посетителям вашего онлайн-магазина необходимые товары или услуги.

Сетевая розница устроена ровно так же: ваши бензоколонки (или, допустим, рестораны) посещает столько-то человек каждый месяц, вам нужно организовать всё так, чтобы понимать их спрос и предпочтения в конкретных регионах или в определенные сезоны. Для этого используют математику и ИТ-технологии, достаточно сложные, чтобы программисты стали лицом и хребтом компании.

Все крупнейшие розничные сети уже давно используют сбор и анализ данных о покупателях для составления поведенческих моделей и прогнозирования потребностей. Когда вы получаете предложение, которое как будто создано для вас – это программа проанализировала и выдала нужную вам скидку.

9. Нефть в смартфоне

Само собой, у сети АЗС «Газпромнефть» есть своё приложение для мобильников. Само собой, там показывают карту бензоколонок, предлагают скидки на всякие кофе и хотдоги, начисляют баллы. Собственно, было бы очень странно, если бы у современной корпорации такого приложения не было.

Весьма любопытна корпоративная система, в которой создаются новые сервисы и продукты. Если ещё недавно изменения рождались в традиционных бюрократических муках с долгими обсуждениями и многомесячными согласованиями, то теперь проекты проходят быстрый путь от зарождения идеи до ее воплощения в жизнь. Сотрудники работают в гибких методологиях («эджайл»), выступают на «питч-сессиях», во время которых убеждают директоров в полезности и успешности проектов. Это происходит так: в определённый день собирается группа «менеджеров-инвесторов», команды по очереди рассказывают о своих проектах, и самые интересные идеи получают финансирование.

Конкретный пример: некоторое время назад на очередной «питч-сессии» прозвучала идея создать приложение для управляющих на заправках, в котором можно было бы отслеживать многочисленные рутинные задачи, типа проверки чистоты уборки или контроля статистики касс. Идея показалась достойной, инициаторам выделили ресурсы.

Подведу итог

Если мы с вами познакомились с современными заправками относительно недавно, лет 15-20 назад, то для какого-нибудь жителя Германии заправки остаются практически теми же самыми вот уже много десятилетий. Подъехал, сунул пистолет в бензобак, заказал чашечку кофе… со стороны кажется, будто все изменения за это время свелись к пересчету цен на бензин.

На самом деле, в нефтянке идёт сейчас самая настоящая революция. Во всех областях, от добычи и переработки нефти до её розничных продаж, продолжается бурное внедрение и освоение самых передовых информационных технологий.

Нам, потребителям бензина, стоит этому порадоваться, причём отнюдь не только потому, что нефтяники ежегодно создают в России тысячи высокотехнологичных рабочих мест. Если бы не титанические усилия учёных и инженеров, которых некоторые журналисты изображают чуть ли не сборщиками бананов в полярном антураже, бензин был бы сейчас таким дефицитным ресурсом, что большая часть граждан могла бы позволить себе перемещаться только на велосипедах.

Источник