Первым делом в исследовательском центре «Геосфера» нам, журналистам, выдают плотные лабораторные халаты с флагом России и ведут в длинный широкий коридор. Пол размечен оранжевыми дорожками, издалека к нам едет робот — плоский и прямоугольный, высотой примерно с ладонь. Линии нанесены на пол для него.
Машина подбирается к стойке, полной образцов керна, извлеченной из будущей скважины породы, и слегка приподнимает ее. Николай Барковский, начальник одного из управлений, успевает рассказать, что для этих малышей в лабораториях есть отдельные входы с автоматическими дверями.
Робот может ухватить и переместить до 300 килограммов груза, которые нужны в конкретном месте: реактивы, материалы, образцы керна. Все это могут делать и люди, но зачем, если рутину можно автоматизировать? Роботы возят тяжести, а люди занимаются наукой.
Первое знакомство с недрами
«Геосфера» начинается с физических образцов. Когда нас приводят к хранилищу керна, становится понятен масштаб исследовательского центра.
На месторождениях нефти специалисты извлекают цилиндры породы из глубины земли, герметично запечатывают и отправляют в Тюмень. Тысячи образцов, планируемые и действующие скважины, исторический керн, добытый на месторождениях компании за последние 30 лет, керн, который нужно хранить в холодильнике при минус 30 градусах Цельсия. Каждый будут изучать вдоль и поперек, выпилят из него образцы поменьше, возьмут смывы и сколы.
Кернохранилище может вместить 200 тысяч погонных метров породы. В таком объеме информации и объектов легко потерять отдельный кусочек, но нельзя. Керн как часть недр принадлежит государству, у «Газпром нефти» он только на ответственном хранении. Поэтому каждый образец пронумерован и занесен в систему с момента попадания в исследовательский центр.
Плоский робот привозит коробку с породой к роборуке, она перемещает образец к роботам-шаттлам в кернохранилище. Они возят ящики с породой по трехмерной сетке полок. Все роботы и ПО российские, ведь чужим такое не доверишь. Объединить столько коммерческих продуктов в единую систему на самом деле сложнее, чем сделать все под себя.
После кернохранилища нас приводят в мою любимую комнату — лабораторию литологии, к Оксане Суховой. Там в несколько рядов стоят необходимые сейчас ученым образцы керна.
На мой взгляд, они все выглядят как плотные камни, а значит, добывать из них нефть — идея сомнительная. Порода в основном серая и белая, иногда виднеются прожилки каменной соли, на боках выступает глина, набравшая воды из воздуха. Только в некоторых местах в керне видны щели или темные пятна, которые я ассоциирую с нефтью.
Я очень люблю камни, скалолазные булыжники, горы и драгоценные блестящие минералы, мел и мрамор в музеях. Керн скорее похож на поделочный камень, чем на губку пемзы, но как-то умудряется скрывать в себе нефть.
Оказывается, нефть давно не бьет фонтаном и даже тонкой струйкой из многих месторождений в России. Большая часть углеводородов у нас сейчас относится к трудноизвлекаемым запасам. Это не озера и не бассейны, а капли, распределенные в микропорах породы. Иногда поры вмещают считаные молекулы компонентов нефти.
Керн красивый, его много, но звучит это все как сказка. Откуда в камне нефть? Разве может огромная индустрия добывать ее так?
В лаборатории литологии прохладно, слегка пахнет пластиком, горючим, каменной пылью, но не совсем ими. Я запоминаю это как обобщенный запах углеводородов. Кажется, что необработанный природный ресурс не может быть таким интеллигентным.
Создание цифрового двойника
В лаборатории первичной обработки керна я начала понемногу верить в концепцию нефти из камня. Тут образцы горных пород переходят из физического объекта в суперпозицию со своим двойником. Их проводят через рентген и томограф, цифровой двойник получает форму и первое описание — вес, снимки в разных диапазонах, специалисты размечают трещины и полости, материалы, составляющие цилиндр породы. В этом помещении работники выпиливают большие и малые цилиндры для экспериментов в других лабораториях, исследуют полированную поверхность среза керна.
Дальше нам показывают нефть в камне — настоящее видимое глазом доказательство. Серые на дневном свете образцы светятся в ультрафиолете. Цвет и интенсивность свечения зависят от состава углеводородов.
Для нас приносят сосуды с тяжелой непрозрачной коричневатой нефтью и с легкой, янтарно-прозрачной. Цвет обоих изменился в УФ, ярче всего светилась тонкая пленка самой легкой нефти на поверхности каждой из жидкостей. Со знанием о скрытых в породе углеводородах мы отправляемся дальше.
Весь керн все еще должен быть промаркирован и учтен, все большие и малые цилиндры. Тут перед «Геосферой» снова встает проблема объема материала — традиционно керн подписывали тонкой кисточкой и тушью «Гамма». Крупные цифры и курсив — это красиво, но требует огромного количества времени, а еще тушь меняет свойства образца, на котором исследователи рассматривают особенности скважины и моделируют, как поведет себя тот или иной способ нефтедобычи.
Пришлось разработать новую систему и автоматизировать процесс по максимуму. Теперь отдельный робот наносит на образцы надписи и QR-коды чернилами, которые не меняют свойств породы. Чернила тоже пришлось разрабатывать самим. Раньше такую узкую задачу решали десятками рук с кисточками, но с объемами исследовательского центра пришлось бы строить подписывательный цех. И чем больше рук, тем больше шансов на ошибку, потерю и утрату образца. Такова природа ручной работы, и здесь она вредила, а не добавляла ценности.
Чем наполняют цифровой керн
Керн обрел виртуального двойника, а нас ведут смотреть, куда попадают выпиленные из большого куска маленькие цилиндры. Сначала — в лабораторию фильтрационных исследований.
Тут Станислав Калинин проводит породу через тесты с жидкостями и газами. Специалисты изучают, как она химически реагирует на выбранные вещества, какое давление выдерживает, что забивает поры, что помогает и мешает извлечь нефть. Станислав защитил диссертацию о том, как подавать в скважину углекислый газ, чтобы увеличить процент добычи запасов из месторождения.
В лаборатории шумно, за расспросами о диссертации я почти пропускаю другой важный рассказ. Все, кому я задавала вопросы в «Геосфере», говорят о своей теме в таких деталях, что очень сложно оторваться и идти к следующему выступающему по делу ученому, пусть у него и будет под микроскопом новый камень.
Столы с керном сменились на ряды исследовательских установок из нержавеющей стали и мониторы с графиками. Тут проводят длительные эксперименты по вытеснению нефти из породы, похожей по плотности на гранит.
Один эксперимент по вытеснению нефти специальной жидкостью может длиться до шести месяцев и вполне может показать отрицательный результат, так что применять этот состав для вытеснения будет нецелесообразно. Ждать результатов так долго для целой батареи веществ нельзя. Пришлось разработать быстрый метод — микрофлюидную «лабораторию на чипе».
Лаборатория микрофлюидики почти оглушает тишиной. Три стола, одна установка, один ученый.
Микрофлюидика занимается исследованием микроскопических объемов жидкости, в основном ученые работают с чипами. Каждый из них состоит из двух плоских поверхностей, между которыми размещена система каналов. В этой лаборатории в чипах повторены реальные каналы в керне, а специалисты изучают, как микролитры нефти передвигаются по ним. На таких чипах можно сколько угодно тестировать разные составы, параметры и интенсивность воздействия, а реальный образец сохранить для шорт-листа самых перспективных технологий. Полученная информация тоже насыщает цифровую копию керна, а потом используется в моделировании связанных с разработкой месторождения процессов.
В моем сознании укореняется понимание, что нефтяники действительно вытаскивают нефть из камня по каплям. Количество технологий и уровень компетенций, нужный для этого, слегка пугает и восхищает, будто видишь флаг на покоренной вершине. Может, там и не должно было быть человека, но если есть воля, есть и путь.
Лаборатория геомеханики не дала мне упасть в эти размышления слишком глубоко — тут, наконец, опять делают с камнем то, что я ожидала. Керн сжимают гидравлическим прессом, заливают эпоксидной смолой, чтобы с ним было удобно работать.
Ученые подробно рассказывают, что порода может настолько сопротивляться извлечению нефти, что ее приходится рвать. В нефтеносный пласт под давлением закачивают жидкость до тех пор, пока порода не растрескается. Чтобы трещины не сомкнулись и нефть из этих трещин устремилась к скважине, в жидкость добавляют пропант — смесь керамики и кварцевого песка, которая расклинивает трещины. Без пропанта эти маршруты схлопываются, а углеводороды, до которых с большим трудом добрались, оказываются недоступны. Но пропант меняет свойства пласта с нефтью — это тоже нужно исследовать, тестировать составы смеси и их взаимодействие с породой.
И снова все полученные данные насыщают цифровой керн, а нас ведут к специалистам по электронной микроскопии.
Эта комната меня удивила. Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) облучает поверхность образца пучком электронов. По тому, что после этого происходит, можно судить о химическом составе, рельефе и электрических свойствах объекта исследования. Это небыстрый процесс, происходящий в вакууме.
Я ожидала увидеть целую лабораторию, батарею СЭМ-машин, станции очистки, сверхчистую среду работы, полностью одетых в специальные костюмы ученых. А увидела комнату с одним электронным микроскопом и станцией напыления графита, который необходим для улучшения проводимости поверхности.
Здесь тихо, нам разрешают войти без бахил. Образцы на предметных стеклах ровно лежат просто на столах, ничем не защищенные от внешней среды, каждый подписан, но картина совершенно не бьется с теми объемами извлеченной из недр породы, которые нам показывали все это время.
Я спрашиваю: почему всего так мало и почему образцы не защищены от пыли? Руководительница лаборатории Оксана Сухова и ее коллега очень удивляются моему вопросу, будто в нем нет логики.
Оказывается, мои рассуждения просто не подходят к парадигме существующего процесса исследований. Сюда попадают единичные образцы, для анализа которых не хватило данных из всех других лабораторий. На предметных стеклах — очищенные и закрепленные специальными составами срезы керна, они не нуждаются в сверхчистой среде, так как пыль не вредит результатам исследования.
Ученые ответили мне очень спокойно. Этот порядок вещей работает, он эффективен, я со своими представлениями из лаборатории уйду, а они продолжат методично разбирать керн на атомы, но только по необходимости. И это все тоже окажется в цифровом двойнике.
Информации столько, что мне хочется отойти в темный тихий угол, все это осознать и пересобрать нейронные связи. Но еще очень не хочется, чтобы пресс-тур заканчивался и ученые переставали говорить.
Нас ведут к последнему спикеру в «Геосфере» — Наталье Смирновой, заведующей лабораторией хроматографии и PVT (исследования давления, объема и температуры). У нее оказалось все, что может заставить школьницу пойти в технический вуз.
Наталья рада нас видеть и показать свои лаборатории. Первым делом спрашивает, знаем ли мы, что такое флюид. На всякий случай все равно рассказывает: это нефть, вода, газ и их смеси, которые насыщают те самые микропоры горной породы глубоко под землей. В моей голове камень с нефтью окончательно превратился в мелкопористый керн с флюидом.
Лаборатории Натальи получают со скважин образцы в герметичных капсулах, в них запечатаны реальные условиях месторождения, включая давление на глубине. На хроматографах ученые определяют состав флюида, а особые исследовательские установки помогают выяснить, как он себя ведет.
Отсюда нас практически выгоняют, потому что хотелось как-то записаться на курс лекций и даже ответить на семинаре.
Контроль и учет
В Центре управления проектами картина немного меняется: лабораторных плащей уже нет, офис живет слегка суетливой жизнью, кто-то ненадолго отрывает взгляд от батареи мониторов, чтобы посмотреть на нашу одетую явно не по регламенту группу. На сосредоточенных лицах — желание поскорее вернуться к работе, а не объяснять рутинные вещи.
Центр управления проектами выглядит совершенно как Центр управления полетами. Амфитеатр в три ряда, огромный, разделенный на части монитор во всю стену. На нем в реальном времени люди в касках ходят по площадке с металлическими трубами и немаленькими цистернами, машинное зрение определяет их в прямоугольники и нумерует согласно внутренним требованиям.
Здесь следят за проектами. В центре работают с собственными ИТ-решениями, которые специалисты описывают гораздо более монструозными, чем они выглядят на мониторах и общем экране.
От проектирования к постройке и обслуживанию, вся документация хранится в одном месте. Все подрядчики получают доступы, все правки и изменения записаны и учтены, несколько тысяч пользователей обучены работать вместе. В паспорте объектов строительства — история аэрофотосъемки, от разведки с вертолетов до постоянного наблюдения собственным флотом дронов, примерно 100 вылетов в месяц, пилоты на объектах.
Сотрудники центра показывают, как объекты оцифрованы, в том числе съемками на 360 градусов и с помощью лидаров. Лидар — как радар, локатор с лазерным лучом. С его помощью исследуют объекты, формируют их трехмерную модель из огромного количества точек.
Специалисты собирают данные и о взаимном расположении объектов. В результате в этом центре о каждом здании и узле знают все — как строился, какого цвета вентили там сейчас стоят. С помощью единой системы время на коммуникацию между всеми участниками строительства и эксплуатации сократилось вдвое.
Конечно, в центре следят и за безопасностью людей на производстве. Все объекты усеяны видеокамерами, все сотрудники носят устройства, по которым их отслеживают на местности. Если нужно эвакуироваться из бури в снежной степи, система проследит, все ли работники в безопасности.
Если кто-то упадет, система оповестит специалистов в центре, данные передадут на место, мегафоны воспроизведут сигнал, проблему реат, отчет займет пять строк таблицы. Эксперты центра говорят, что системы видеоаналитики и мониторинга увеличили эффективность работы примерно на 20 процентов. Видимо, эффект наблюдателя работает везде. Если повесить распечатку глаз в офисной кухне, там охотнее будут оставлять пожертвования за чай и кофе, в физике наблюдение передает объекту энергию и меняет результат наблюдения. На объекте нефтяной промышленности люди лучше соблюдают правила. Хочется надеяться, что и чувствуют они себя лучше.
Дальше нам показывают Центр управления строительством скважин, буровиков на удаленке. Мужчины смотрят на свои стены мониторов так, будто они укрывают нефть прямо в себе.
Пока нам рассказывают об удаленном бурении, работа не останавливается. Я спрашиваю, как работникам дался переход от присутствия на месте к управлению буровой головой из офиса в Тюмени. Ближайший буровик вполголоса говорит: «Шикарно». Спикер отвечает, что это индивидуально и нужно узнавать у каждого, но специалисты улыбаются, а я решаю не спрашивать о деталях.
Пока нам рассказывают о полном цикле бурения и сопровождении гидроразрыва пласта, на экране крутятся сверла буровой головки. Визуализация показывает, что стальной червь примерно в трех километрах вниз от точки начала бурения планомерно ползет вбок. Чтобы повернуть буровую головку, нужно дать команду одному из резцов на ней отклониться, тогда установка начнет прогрызать породу в направлении поворота.
Буровая головка оснащена всевозможными датчиками, а у работников есть данные из «Геосферы», где керн разобрали по кусочкам. Здесь цифровые предположения соединяются с реальностью, и специалисты принимают решения о бурении в Тюмени.
На объекте другая группа людей обеспечивает функционирование всей системы — строит здания, подает в скважину трубы, отвозит лишний грунт и справляется с техническими задачами. Если датчики с головки показывают что-то непредвиденное, за невысокой стеной в тюменском офисе сидят геологи, с которыми буровики консультируются.
Заранее созданные трехмерные модели залежей и план бурения могут поменять в процессе разработки месторождения — геология места может оказаться лучше предполагаемой, тогда вместо четырех ответвлений скважине понадобятся только три.
Специалисты вели себя так, будто у них все схвачено и ничего сверхъестественного в удаленном управлении бурением нет. Хотелось как-то вытащить из них признание в необычности ситуации, но пришли работники Центра обустройства и эксплуатации месторождений в криолитозоне и сказали, что сейчас дадут нам прогноз состояния вечной мерзлоты.
Вечную мерзлоту уже правильно называть многолетней мерзлотой, вечной она не была и не будет, хотя скважины и бурят так, чтобы лишний раз не тревожить промерзшую до 1,5 километра вниз землю.
Специалисты уже рассчитали строительство новых объектов с учетом возможного потепления, паводков и того, как именно будут идти процессы. Это критически важно для России: 11 из 17 миллионов квадратных километров страны расположены в мерзлой зоне.
Нефтяные объекты давно строят на сваях или на насыпях поверх этих свай, внутри у них — надежная теплоизоляция. При повышении температуры возможны изменения, но к этому все готовы.
Весь увиденный технологический кластер кажется немного нереальным, почти выставочным. Но если присматриваться, фальши найти не получается. А если подумать над масштабами задач, то понятно, что бизнесу нужно делать прибыль.
Имея роскошь инвестировать в себя и планировать на десятилетия вперед, бизнес этим и занят. Ученые с интересом смотрят в керн, который по лабораториям возят роботы. Дроны фотографируют тщательно спланированную стройку, бурильщики советуются с геологами о темпе прохождения пласта. Новые специалисты поступают в университеты и техникумы, а искусственный интеллект кормится базами данных. В замерзшей земле, в трех километрах под поверхностью, в порах горной породы их ждет нефть.