Министерство Энергетики

Вопросы программного обеспечения для российской нефтегазовой отрасли в период санкций

Денис ХИТРЫХ
Директор Центра исследований
и разработок, директор по маркетингу, MBA, к. т. н., АО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс»
e-mail: denis.khitrykh@cadfem-cis.ru

Введение

Процесс импортозамещения в IT в целом и на объектах критической информационной инфраструктуры (КИИ) в частности, активно продолжается уже несколько лет. Но до сих пор Россия импортирует значительно больше IT-технологий, чем экспортирует. В силу глобальности рынка программного обеспечения у нас не сформировались такие крупные софтверные компании, как SAP, Microsoft или Oracle. Эти три крупных поставщика программного обеспечения на российский рынок не только ведут собственную разработку ПО, но и активно покупают готовые продукты и команды разработчиков. SAP разрабатывает и внедряет корпоративные IT-системы, Oracle создает системы управления базами данных и ресурсами предприятия, предоставляет облачные сервисы и сдает в аренду серверное оборудование.
Среди клиентов SAP – «Газпром», «ЛУКОЙЛ», «Роснефть», «НОВАТЭК», «Росатом», «Северсталь» и др. Все они до последнего времени активно сотрудничали, а многие продолжают сотрудничать и в настоящее время с этими софтверными компаниями. Так, например, компания «Северсталь» – одна из крупнейших в мире вертикально интегрированных сталелитейных и горнодобывающих компаний – в конце 2021 года завершила переход на цифровую платформу SAP S/4HANA, к которой на текущий момент подключены 26 предприятий «Северстали» в 35 географических локациях. АО «Атомэнергопром» (входит в «Росатом») в декабре 2021 года объявило тендер на закупку около 4 тыс. лицензий на использование ПО SAP класса ERP (Enterprise Resource Planning – система управления предприятием).

Операторная Комсомольского НПЗ
Источник: ООО «РН-Комсомольский НПЗ»

В марте текущего года на фоне спецоперации на Украине компании SAP, Oracle, Microsoft и IBM сообщили о прекращении работы в России. Возможно, что этим исход зарубежных IT-гигантов из России не ограничится.
Частично аналоги SAP, Oracle и Microsoft в России уже есть, но экстренное замещение импортного ПО может обойтись российским компаниям в десятки и даже сотни миллиардов руб­лей. Наиболее полноценными аналогами зарубежных систем в части СУБД является российская Postgres Pro, в части интегрированной системы управления предприятием – Галактика ERP и 1С: ERP, а также Astra Linux в части клиентской операционной системы.
Санкции в отношении России актуализируют сегодня задачу обеспечения экономической безопасности для сохранения эффективного функционирования производственной базы национального стратегического экспортного сектора. И нефтегазовая отрасль, и ТЭК в целом входят в число приоритетных отраслей, для которых предусматривается особое внимание структур госуправления. Минпромторгом России при участии профильных министерств, ведущих нефтегазодобывающих и машиностроительных компаний сформирован многолетний отраслевой план импортозамещения в нефтегазовой отрасли. В данном плане указано более 50 позиций по укрупненным видам нефтегазового оборудования, техническим и программным средствам [1]. Также для консолидации усилий по направлениям импортозамещения в 2019 году Минэнерго России совместно с Минпромторгом России создали Центр компетенций технологического развития ТЭК (ЦКТР ТЭК) на базе ФГБУ «РЭА» Минэнерго России.
Президент РФ 30 марта 2022 года подписал указ № 166 «О мерах по обеспечению технологической независимости и безопасности критической информационной инфраструктуры Российской Федерации», запрещающий госзаказчикам закупать иностранное программное обеспечение для критической инфраструктуры без согласования с профильным ведомством.
Антироссийские санкции показали, как важно обладать полной самостоятельностью и суверенитетом по части оборудования и программного обеспечения, особенно в сфере ТЭК. В этой сфере нужны не только консолидированный спрос, но и концентрация научных, инженерных, технологических и производственных компетенций российских предприятий и разработчиков специализированного программного обеспечения.
В настоящее время в России существует ряд разработчиков программного обеспечения, которые за счет частных и смешанных инвестиций создают и развивают продукты для нефтегазовой отрасли. Однако возвращать отечественный рынок нефтегазового оборудования и программного обеспечения, который успешно захватили иностранные поставщики до введения санкций, безусловно, непросто. Технологии ушли далеко вперед, за многие годы выстроены эффективные схемы работы с импортными поставщиками, которые не только поставляют высокотехнологическое оборудование и наукоемкое программное обеспечение, но и оказывают услуги по авторской поддержке и кастомизации программных продуктов, а в отдельных случаях даже локализуют свои производства.

Центр управления бурением «ГеоНавигатор»
Источник: «Газпром нефть НТЦ»

По оценкам экспертов, уровень технологического отставания по многим видам используемой техники и ПО составляет 15–20 лет. Если говорить о самых сложных для импортозамещения направлениях, то основные проблемы связаны с отсутствием конкурентоспособного программного обеспечения в области разведки и разработки морских месторождений, эксплуатации шельфовых месторождений и трудноизвлекаемых запасов (на долю которых приходится не менее 17 % запасов нефти России), обеспечения процессов добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья, а также системы автоматизации объектов нефтегазовой инфраструктуры, на импорт которых приходится от 40 до 90 % продукции.
По мнению вице-премьера РФ Александра Новака, общий объем дополнительной добычи трудноизвлекаемых запасов достигнет 45 миллионов тонн к 2030 году. Это, в свою очередь, будет способствовать дополнительным доходам для бюджетной системы в 200–250 миллиардов руб­лей в год и создаст тысячи новых рабочих мест [2]. Учитывая это, вопрос интенсификации процессов импортозамещения становится как никогда актуальным.
Сегодня уже все крупнейшие российские нефтегазовые компании, такие как НК «Роснефть», «Газпром», «Газпром нефть», «ЛУКОЙЛ», «Сургутнефтегаз», «Татнефть», «СИБУР», «Зарубежнефть» и другие, включили программу импортозамещения в цифровой сфере в стратегии развития своих бизнес-­сегментов, активно сотрудничают с IT-компаниями и создают собственные центры компетенций. Однако, несмотря на важность проблемы, процесс импортозамещения в нефтегазовой отрасли идет крайне медленно, так как до сих пор не устранены барьеры, препятствующие реализации потенциала нефтегазовой отрасли страны: нет сформированного отраслевого спроса на решения и технологии; отсутствует эффективная площадка для диалога между отраслью и потенциальными производителями технологий; отсутствуют единые отраслевые требования к испытаниям и технологиям; отсутствуют стимулы и меры государственной поддержки для перехода на отечественное программное обеспечение; мало внимания уделяется импортозамещению в сфере аппаратного обеспечения и пр. [4].
ФГБУ «Российское энергетическое агентство» Минэнерго России проведен анализ уровня зависимости от зарубежного специализированного ПО в различных сегментах бизнеса нефтегазовой отрасли. По его результатам ключевыми проблемными направлениями являются интерпретация данных 3D-сейсмики, геологическое и гидродинамическое моделирование, телеметрия и пр. По оценкам экспертов, геологоразведка и нефтедобыча в России на 60–80 % зависит от импорта программного обеспечения и автоматизированных систем управления технологическими процессами.
Из данных таблицы 1 следует, что программное обеспечение для автоматизации, управления основными технологическими процессами и цифровых решений в сегменте переработки сырья практически отсутствует либо не удовлетворяет потребностям заказчика. Намного лучше ситуация обстоит с программным обеспечением для моделирования, оптимизации и контроля операций гидроразрыва пласта (ГРП), которое широко востребовано как на российском, так и зарубежных рынках. Это связано с увеличивающейся с каждым годом долей трудноизвлекаемых запасов (ТрИЗ) нефти и газа в структуре запасов. Наиболее популярными в мире симуляторами ГРП являются Frac Pro, Meyer и Dynardo optiSLang, работающем в связке с Ansys и multiPlas [5]. Все это ПО разработано в США и Германии, в России же собственное ПО для моделирования ГРП отсутствовало.

Таблица 1. Импортозависимость ПО в различных сегментах нефтегазовой отрасли
Источник: Центр компетенций технологического развития ТЭК ФГБУ «РЭА»

В 2017 году компания «Роснефть» создала первый в Евразии промышленный симулятор гидравлического разрыва пласта «РН-ГРИД», который обеспечил технологическую независимость компании в области компьютерного моделирования, обязательного для применения технологии ГРП. Таким образом, «Роснефть» в кратчайшие сроки среагировала на санкционные барьеры, ограничивающие продажи российским компаниям программного обеспечения для моделирования гидроразрыва пласта (ГРП) [6].
В начале 2020 года была завершена валидация моделей, апробация и опытно-­промышленная эксплуатация симулятора «Кибер ГРП», разработанного научно-­проектным консорциумом в составе Инжинирингового центра МФТИ, Сколковского института науки и технологий, Института гидродинамики М. А. Лаврентьева СО РАН и Научно-­технического центра «Газпром нефти» [7]. В базовой конфигурации симулятора «Кибер ГРП» доступны модели Сell-based P3D и Planar 3D, учитывающие ключевые физические эффекты процесса формирования трещины ГРП: осаждение, дрейф, заклинивание пропанта, влияние пороупругих эффектов на утечки жидкости в пласт, теплообмен жидкости ГРП с пластом, эффекты, возникающие при проведении кислотного ГРП и т. д.
Использование импортного программного обеспечения ставит под угрозу информационную, экономическую и энергетическую безопасность страны, что стало особенно очевидно в рамках принятия США и ЕС беспрецедентных по масштабу санкций в отношении российской экономики.
По результатам проведенной работы Минэнерго России был сформирован список приоритетных направлений импортозамещения специализированного ПО в нефтегазовой отрасли [4].

Импортозамещение в нефтегазовой промышленности

Ведущими странами в области производства оборудования, комплектующих и программного обеспечения для нефтегазовой отрасли являются США, Япония, Канада, Германия, Великобритания, Норвегия и Франция. Именно на эти страны приходится подавляющая часть высокотехнологичного импорта в Россию. На сегодняшний день на российском рынке доминируют такие иностранные компании, как Schlumberger (США), Halliburton (США), Baker Hughes (США), Honeywell International, Inc. (США), Aspen Technology, Inc. (США), Aker Solutions (Норвегия), Roxar (Норвегия), TechnipFMC (Великобритания), Schneider Electric (Франция) [3]. В таблице 2 представлены основные программные средства зарубежных производителей, используемые на всем жизненном цикле нефти и газа, начиная с геологоразведочных работ и добычи углеводородного сырья, и заканчивая переработкой и транспортировкой нефти и газа [12].

Рис. 1. Симулятор гидроразрыва пласта «Кибер ГРП». Моделирование МГРП в трещиноватых коллекторах
Источник: Инжиниринговый центр МФТИ

3D геолого-­гидродинамическое моделирование

Современные трехмерные сейсмогеологические модели нефтегазовых месторождений представляют собой детальные трехмерные цифровые двой­ники участков, которые включают в себя результаты комплексных исследований всех геологических аспектов месторождений: данные геофизических исследований скважин; данные о геологии и седиментологии отложений; данные палеонтологических, минералогических и литологических исследований; результаты интерпретации данных сейсморазведки и прочее [8]. В отечественной нефтепромысловой практике повсеместно используются пакеты геологического моделирования ведущих мировых производителей Petrel (Schlumberger, США), RMS (Roxar, Норвегия – входит в состав группы компаний Emerson, США). Несколько реже распространена продукция канадской Computer Modeling Group Ltd. и норвежской SPT Group (более известной как разработчик ПО для моделирования течения многофазных потоков в трубопроводах – OLGA 2000). Их назначение – создание полномасштабных геологических моделей для подсчета запасов и проектирования разработки месторождений нефти и газа. Сегодня практически для каждого разрабатываемого участка построены геологические модели, а сам процесс создания геологических моделей перестал быть ­чем-то уникальным. При этом развитие ПО для трехмерного геологического моделирования идет по пути интеграции геологического, геомеханического, гидродинамического и бассейнового моделирования [9].
Среди отечественных решений в области геологического моделирования следует выделить Geoplat Pro-­G компании «ГридПоинт Дайнамикc» и модуль ПК tNavigator «Дизайнер геологии» компании «Рок Флоу Динамикс». Российская компания «ГридПоинт Дайнамикс» разрабатывает единую программную платформу Geoplat-­Pro, которая кроме геологического симулятора включает в себя также такие программные комплексы, как Geoplat Pro-­S –интерпретации сейсмических данных совместно с результатами промысловых исследований и Geoplat Pro-­RS – гидродинамическое моделирование и разработка месторождений.
Основными для российских нефтегазовых компаний программными продуктами для гидродинамического моделирования являются ECLIPSE/INTERSECT (Schlumberger, США) и Tempest MORE (Emerson/Roxar, США/Норвегия). Семейство симуляторов ECLIPSE используется для моделирования динамического поведения всех типов коллекторов и флюидов. ECLIPSE покрывает полный спектр задач моделирования пласта, включая конечно-­разностные модели для черной нефти, сухого газа, композиционного состава газоконденсата и термодинамические модели тяжелой нефти. INTERSECT –полнофункциональный гидродинамический симулятор, созданный для улучшения эффективности планирования разработки месторождений и для минимизации рисков при оценке месторождений со сложной геологией и трудноизвлекаемыми запасами. Tempest – модульный пакет, предназначенный для детального трехмерного гидродинамического моделирования месторождений природных углеводородов.

Таблица 2. Специализированное программное обеспечение для нефтегазовой отрасли

Компания «Роснефть», реализуя политику импортозамещения, финансирует проекты по разработке программных систем геологического и гидродинамического моделирования нефтегазоносного пласта. На данный момент «Роснефть» располагает собственной полноценной линейкой программных комплексов для сегмента разведки и добычи: РН-КИН – комплексное решение для управления разработкой нефтегазовых месторождений; РН-КИМ – гидродинамический симулятор залежей углеводородов для создания, расчета и анализа цифровых трехмерных моделей месторождений; РН-ГЕОСИМ – программный комплекс для геологического моделирования и анализа месторождений углеводородов с использованием 3D-моделей; РН-СИГМА – программный комплекс для геомеханического моделирования при бурении и др.
В целом отечественные программные комплексы для геологического и гидродинамического моделирования копируют функционал зарубежного ПО с доработками и изменениями, необходимыми для работы с учетом российских требований и сложившихся традиций в отрасли, и в перспективе могут полностью заменить такие зарубежные бренды, как Schlumberger, Emerson и прочие.

Разработка и освоение месторождений

Процесс моделирования месторождений нефти и газа предполагает последовательное выполнение интерпретации сейсмической и геофизической информации, построение трехмерной цифровой геологической и гидродинамической моделей, моделирование фильтрационных процессов в пласте, прогнозирование процесса разработки, а также выполнение экономических расчетов по результатам моделирования. Моделирование процесса добычи нефти и газа сегодня выполняется не только при проектировании разработки месторождений, но и используется при удаленном мониторинге разработки месторождения.
В отличие от традиционного подхода, при котором применяются только отдельные инструменты геолого-­гидродинамического, нефтепромыслового и экономического моделирования месторождения, интегрированная модель месторождения (ИММ) позволяет рассмотреть процессы добычи, транспортировки и подготовки углеводородов в виде единой системы. В такой системе каждый элемент обменивается данными друг с другом, в результате чего повышается точность расчетов. Несомненными лидерами с наибольшим опытом разработки и внедрения программного обеспечения для интегрированного моделирования месторождений нефти и газа являются такие компании, как Schlumberger (ПО IAM), Emerson (ПО Paradigm и Roxar) и Petroleum Experts (ПО IPM/RESOLVE), которые сегодня занимают основную долю российского рынка. Программное обеспечение этих компаний разработано по модульному принципу. В зависимости от задачи меняется архитектура интегрированной модели.

Рис. 2. Интегрированная трёхмерная структурная модель, полученная на основе данных сейсморазведки

Программное обеспечение IAM позволяет связывать отдельные специализированные модели (пласта, сети сбора, переработки и экономики) в единую модель для принятия решений на уровне предприятия. Такое решение может быть использовано в рамках выбора концепции разработки месторождения, подготовки проектной документации, или ежедневных технологических операций по оптимизации добычи [11].
Наиболее известными российскими разработками в области моделирования месторождений нефти и газа являются: ПАНГЕЯ (АО «ПАНГЕЯ») – интегрированная компьютерная система построения геолого-­геофизических моделей месторождений нефти и газа; ПРАЙМ (НПЦ «ГеоТЭК») – программное обеспечение для обработки, анализа и хранения геолого-­геофизических данных и прочие.
Несмотря на то, что зарубежное ПО доминирует в практике работы крупнейших отечественных нефтяных компаний, некоторые из них в кооперации с отечественными НИИ и профильными вузами разрабатывают собственное программное обеспечение с целью оптимизации отдельных этапов процесса моделирования, анализа данных и т. п.

Рис. 3. Интегрированная модель месторождения компании Schlumberger

Моделирование многофазных потоков и химико-­технологических процессов

Одной из самых важных инженерных задач в нефтегазовой отрасли является проектирование скважин и трубопроводов с целью обеспечения безопасной транспортировки добываемого флюида от пласта до этапа технологической обработки. Наибольшее распространение при проектировании современных систем добычи получили следующие программные комплексы: PIPESIM и OLGA (Sсhlumberger, США), PROSPER и GAP (Petroleum Experts, Великобритания), METTE (Emerson, США) и PIPEPHASE (AVEVA, Великобритания).
Пакет МЕТТЕ – это интегрированный симулятор, осуществляющий расчет производительности скважин и поверхностных сетей трубопроводов с привязкой к гидродинамическим моделям пласта, моделям материального баланса и промысловым базам данных. PIPESIM – программный пакет для моделирования, проектирования и анализа работ наземной инфраструктуры и трубопроводных систем. Модули PIPESIM используются для аналитических исследований, таких как моделирование скважины, оптимизация механизированной добычи, моделирование трубопроводов и технологического оборудования, планирование разработки месторождения. PIPESIM часто применяется для выявления ситуаций, которые в дальнейшем требуют более детального подхода к моделированию неустановившегося течения, с использованием ПО OLGA. К таким случаям можно отнести остановку/запуск скважин, вывод скважин на режим, удаление гидратов, очистку скважин и трубопроводов. Совместно PIPESIM и OLGA предлагают наиболее комплексное решение задач моделирования течения многофазных потоков. GAP – программа, предназначенная для оптимизации нефте- и газосборных сетей. GAP позволяет моделировать системы добычи для нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, а также системы нагнетания газа и воды. PIPEPHASE – это программа моделирования стационарных многофазных потоков жидкостей в трубопроводах. Можно использовать как для анализа зависимости ключевых параметров одиночной скважины, так и для долгосрочного планирования разработки всего месторождения. Наиболее близким отечественным аналогом подобного ПО является ПК «Гидросистема», разрабатываемый НТП «Трубопровод», однако по функциональным возможностям он уступает соответствующему зарубежному программному обеспечению.
Отдельного внимания с точки зрения импортозамещения заслуживает программное обеспечение для моделирования химико-­технологических процессов в нефтегазовой отрасли, так как лидирующие позиции на этом рынке занимают продукты, разработанные фирмами США: программный комплекс CHEMCAD (ChemStations, США), представляющий собой эффективный инструмент для компьютерного моделирования химико-­технологических процессов при разработке, модернизации и оптимизации химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, а также Aspen HYSYS (Aspen Technology, США) и Petro-­SIM (KBC/Yokogawa, Великобритания). Наиболее близким аналогом, пригодным для указанных выше целей моделирования, является российское ПО GIBBS [14]. Данный программный продукт может быть дополнительно успешно использован совместно с ПО HYSYS или Petro-­SIM [15].

Рис. 4. Интерфейс программного комплекса Aspen HYSYS

Управление процессом импортозамещения

Проведенный анализ позволяет сделать вывод о том, что необходимо вести речь не просто о процессе импортозамещения, а об организации управления замещением импортного программного обеспечения отечественными аналогами на основе системного подхода. Периодически в СМИ декларируется импортозамещение на уровне 90 и более процентов по разным направлениям и компаниям, но при этом никто не задается вопросом, как, собственно, это посчитано. В этой связи целесообразно использовать следующие универсальные меры, позволяющие организовать данный процесс:
Организация отраслевого некоммерческого консорциума или ассоциации, объединяющей отечественных разработчиков специализированного ПО для поиска, разведки, разработки месторождения, транспортировки сырья, производства нефтепродуктов и пр. В функции этого консорциума должно также входить налаживание взаимодействия с профильными министерствами и ведущими нефтегазовыми компаниями.
Разработка отечественной цифровой платформы специализированного программного обеспечения для интеграции вычислительных модулей и вертикальных приложений, разрабатываемых отдельными организациями (НИИ, проектные организации, вузы).
Реинжиниринг наиболсее востребованного и уникального ПО, не имеющего аналога в России.
Реализация системы стандартизации и сертификации программного обеспечения для нефтегазовой отрасли на основе существующих и разрабатываемых ГОСТ.
Усовершенствование механизмов государственного софинансирования и льготного кредитования применительно к нефтегазовой отрасли России в целом и к IT-компаниям в частности.
Привлечение кредитных и инвестиционных организаций для софинансирования проектов по разработке и внедрению перспективного или критичного ПО путем использования механизмов частно-­государственного партнерства.
Необходимо отметить, что вышеперечисленные меры и предложения не являются исчерпывающими и требуют детальной проработки и обоснований.