Роботизированное производство в нефтегазовом машиностроении: реальность или фантастика

Процесс автоматизации производства с помощью роботизированных технологий, искусственного интеллекта и других автономных систем открывает множество преимуществ для нефтегазовой отрасли. Это может стать ключевым направлением в ее развитии. Как сейчас складывается ситуация в нефтегазовом машиностроении и есть ли место инновациям?

Роботизированные технологии в производстве: что можно доверить умным помощникам

Впервые о том, чтобы внедрить роботов в нефтегазовую отрасль, заговорили еще 70 лет назад. Эти технологии открывают новые возможности для повышения безопасности труда, эффективности производства и снижения затрат. Роботы могут не только выполнять опасные задания без риска для здоровья человека, но и сократить количество ошибок, а следовательно, повысить производительность труда. Однако от первых идей до их реализации проходит не один десяток лет. Широкое применение электронных помощников стало возможным только с развитием современных технологий.

В настоящее время роботы и автоматизированные системы играют важную роль в процессах добычи, транспортировки и переработки нефти и газа, а также ремонта оборудования. Благодаря внедрению новых технологий рынок промышленных роботов, предназначенных для работы в нефтегазовой отрасли, ежегодно увеличивается в среднем на 30%.

Сегодня роботизированные технологии активно применяются в нефтегазовой отрасли для того, чтобы автоматизировать монотонные и повторяющиеся задачи.

Например:

• автопилотируемые устройства могут отслеживать утечки и предупреждать об аварийных ситуациях на производстве;
• приборы и аппараты выдерживают давление и экстремальные температуры, совершая операции как на большой глубине, так и в других опасных условиях.

К примеру, компания «СИБУР Диджитал» недавно представила роботизированную технику для обходов технологических сосудов, работающих под давлением. Такой робот, возможно, сможет заменить операторов по добыче нефти и газа, либо по переработке. При этом несмотря на то, что роботы отлично справляются с доверенными им обязанностями, говорить о повсеместном использовании подобных технологий в нефтегазовой отрасли пока не приходится.

Это связано с несколькими факторами:

• Большие инвестиции. Для перехода к новым технологиям требуется приобрести дорогостоящие аппараты либо произвести модернизацию уже имеющегося оборудования.
• Риски кибератак и травматизма сотрудников. При ошибках эксплуатации роботы могут создавать угрозы как для людей, так и для оборудования. Кроме того, применение технологий всегда сопряжено с рисками утечки данных и кибератак.
• Ресурсы на обучение персонала. Новые технологии требуют специальных знаний и навыков, поэтому на подготовку персонала к взаимодействию с роботами требуются временные и финансовые ресурсы.

Искусственный интеллект в помощь нефтегазовому производству

В сфере применения искусственного интеллекта в нефтегазовой отрасли тоже есть свои достижения. Технологии чаще всего используются при обработке большого объема данных. Например, любое месторождение на протяжении всего периода эксплуатации имеет набор технологических параметров, называемых телеметрией. Это информация о температуре и давлении различных компонентов нефтегазового промысла, будь то скважина, сосуд под давлением или замерный узел, который фиксирует показатели дебита и расхода газа через установку. Все эти данные хранятся в базе, куда поступают с различной частотой. Существуют системы, записывающие данные с минутной дискретностью, то есть каждую минуту фиксируются определенные значения.

Количество такой информации может быть огромным. Если говорить о небольших установках, например, об УПНГ с пятью скважинами, то данных может быть не так много. Однако когда речь идет о заводе с производственной газовой технологией, то объем данных, накапливаемых за пятилетний период, может исчисляться терабайтами. Поэтому базы данных становятся все более объемными, и роль искусственного интеллекта в обработке этих данных становится все более значимой.

Еще 15–20 лет назад диспетчеры газораспределительной или газокомпрессорной станции передавали данные телеметрии, температуры и давления по телефону в центральный пункт. Там люди вручную записывали эти значения в таблицу. Затем из таблицы данные переносились в программные комплексы, которые рассчитывали общий баланс по трубопроводу и решали другие задачи.

Сейчас эти процессы автоматизированы благодаря синхронизаторам — специальным программным продуктам, которые находятся между базой данных, собирающей огромные объемы информации, и специализированным программным обеспечением, рассчитывающим сценарии работы установок и заводов. Эти программы выдают необходимые результаты для принятия управленческих решений.

Роботизированное производство в нефтегазовом машиностроении

Приведем пример. Если будут превышены текущие значения загрузки сепарационного оборудования, сепаратор перейдет в зону неэффективной работы. Это значит, что будут происходить потери конденсатной продукции. Об этом будут сигнализировать специальные программные комплексы, синхронизированные с базой данных, и технолог, ответственный за эксплуатацию оборудования, увидит, что выходить за пределы этой зоны нельзя. Необходимо строго придерживаться текущих термобарических условий, которые обозначены на установке.

Эти устройства также собирают данные о теплосъеме с теплообменного оборудования. Благодаря этому механики могут понять, что аппараты воздушного охлаждения (АВО) или теплообменники не охлаждают продукт до нужных параметров. Кроме того, по этим данным можно отследить неэффективность работы оборудования, связанную с его неисправностью: показания датчиков будут меняться в зависимости от проблемы. Инженеры анализируют эти данные и предлагают решения о ремонте, модернизации или замене оборудования.

Когда «умный помощник» сумел накопить знания, он понимает, что в следующий раз не придется заново просчитывать сценарий, заданный технологом. Искусственный интеллект сохраняет этот сценарий в своей памяти и в результате может просчитывать несколько тысяч различных вариантов развития событий, помогая выстраивать работу максимально эффективно.

Два года назад компания «Зарубежнефть» совместно с Министерством промышленности и торговли внедрила Центр оперативного мониторинга. Правительство поддержало этот проект и выделило на его реализацию необходимые средства. В результате в компании широко применяется интегрированное моделирование, включая моделирование пласта, скважины и установки. Кроме того, активно используются нейросети и внедряется искусственный интеллект на производстве. Это помогает принимать обоснованные решения и вводить актуальный технологический режим.

В сфере искусственного интеллекта важно стремиться к увеличению количества сценариев, использующих его. Для этого необходимо развивать машинное обучение. Правда, в отрасли наблюдается острый дефицит кадров в этой области — многие IT-специалисты, обладающие необходимыми знаниями и навыками, никогда не работали в нефтегазовой сфере и топливно-энергетическом комплексе. Специалистов, которые могли бы сочетать в себе глубокое понимание работы высокоинтеллектуального сектора, систем добычи и переработки, а также работы инфраструктур, крайне мало.

В настоящее время вопрос использования «умных помощников» актуален: многие компании стремятся к полной цифровизации своего производства. Однако, несмотря на это, потенциал таких технологий все еще не полностью раскрыт.

Искусственный интеллект и роботы: перспективы замены человека в нефтегазовой отрасли

В настоящее время технологии искусственного интеллекта находятся в процессе активного развития. Особенно это касается поисковых систем, навигации и чат-ботов, таких как GPT. Некоторые похожие программные продукты уже применяются в делопроизводстве в нефтегазовой отрасли, например, в ведении конструкторской документации. Использование искусственного интеллекта удобно для поиска данных на технологических установках. В поисковой строке терминального доступа вводится информация о необходимом оборудовании, и появляется выборка определенных документов.

До появления искусственного интеллекта и повсеместной автоматизации документы хранились в разных структурных подразделениях — не было единого консолидированного свода информации. «Умный помощник» сегодня вполне может заменить таких специалистов, как архивариусы, поскольку справляется с задачами по поиску данных.

Однако пока невозможно полностью заменить инженеров и конструкторов, занимающихся теплообменным оборудованием. Каждый аппарат уникален, и создание алгоритмов, способных воспроизводить сценарии работы, пока остается только мечтой. Тем не менее, многие процессы можно роботизировать, чтобы освободить инженеров и конструкторов от выполнения рутинной работы. Это позволит им сосредоточиться на поиске новых решений и развитии технологий.

Если говорить о замене человека роботизированным помощником, то в настоящее время перспективы этого довольно размыты. Есть заводы, которые уже проводили опытно-промышленные испытания роботизированной техники и станков, однако с их помощью пока можно решать только самые простейшие задачи: наплавка каких-либо деталей на платы либо перекладывание предметов с одного места на другое. Проблема в том, что роботов необходимо серьезно дорабатывать — например, у них возникают сложности в передвижении, если в помещении имеется порог. Техника считывает его как препятствие или большой предмет, который перекрывает путь.

Есть сферы деятельности, в которых роботам еще далеко до того, чтобы справляться с задачами с той же точностью, с какой их выполняет человек. Например, во время обхода технологического оборудования робот не способен выполнять вибродиагностику, проводить глубокий анализ работы и выявлять утечки. Конечно, существуют определенные особенности, которые робот может распознать. Однако если оборудование работает с отклонениями в звуковом диапазоне или происходит разгерметизация или другие непредвиденные ситуации, то робот не сможет их обнаружить. Это связано с тем, что он ориентирован на выполнение конкретных задач.

Инженеры работают над тем, чтобы создавать умные механизмы, которые будут помогать человеку в работе, однако говорить о полноценной замене роботами человеческого труда пока рано. Различные компании, включая китайские, предлагают так называемые «умные станции», которые могут сопровождать человека и подсказывать ему, куда идти. Однако таких разработок мало для отрасли нефтегазового машиностроения: здесь нужны действия, механика и конкретная серьезная работы. Возможно, через несколько лет инженеры смогут представить интересные предложения, которые будут актуальны для такой объемной и тяжелой к нововведениям сферы, как нефтегазовая отрасль.