Не только геолог: с какой профессией вы сможете работать в нефтяной отрасли?

Специалист по машинному обучению

Сегодня тема искусственного интеллекта и машинного обучения актуальна во многих сферах бизнеса. Повсеместная цифровизация и накопление больших массивов информации привели к необходимости систематизации этих данных и управления ими. От робототехники до медицины, от технической диагностики до банковской сферы — везде нужны специалисты по машинному обучению. Но именно в нефтяной отрасли они могут совершать настоящие технологические прорывы. Какие именно, нам рассказал сотрудник Центра по когнитивным технологиям Научно-технического центра «Газпром нефти» Дмитрий Перец.

Начнем с того, что такое машинное обучение. Это целый класс методов использования искусственного интеллекта. Их объединяет одна общая черта — «обучение» происходит в процессе постоянного сравнения большого массива задач и решений из уже реализованных проектов. Для этого программе «скармливают» множество наборов данных сходных задач из прошлого.

Это чем-то похоже на то, как некоторые школьники «решают» задачи, заглядывая в конец учебника, где приведены ответы. Разница между нерадивым школьником и машинным обучением в том, что последнее использует просто огромное количество таких «заглядываний в решебник» и постепенно учится выводить примерные решения, даже не понимая, что именно содержится в задаче.

Как отмечает Дмитрий, многие думают, что нефтяная отрасль очень консервативна, что это только буровые вышки и нефтяные фонтаны. Но так было десятки лет назад, а сегодня это одна из самых технологичных и цифровых сфер экономики.

Подробнее об этом мы писали ранее, в материале, ссылку на который можно увидеть ниже.

«Сейчас в нефтянке часто работают люди, которые, еще заканчивая университет по далекой от этой сферы специальности, даже не думали об этой отрасли. То же самое касается и специалистов по машинному обучению. Их привлекают в нефтяные компании серьезные индустриальные задачи, крупные проекты и возможность увидеть реальную пользу от своей работы», — говорит Дмитрий.

По его словам, только одно из подразделений «Газпром нефти» — Научно-технический центр — ежедневно генерирует данных больше, чем 500 ГБ. Расчеты, алгоритмы, работа цифровых симуляторов, геологоразведочная информация, данные с тысяч скважин и бурового оборудования — все это непрерывным потоком ежедневно наполняет огромную Big Data центра. Весь этот массив информации очень ценный, но его как-то надо анализировать и применять.

Человек просто физически не способен «переварить» такой объем работы. На помощь приходят специалисты по машинному обучению, которые используют искусственный интеллект для обработки этих огромных массивов информации и на их основе строят детальные цифровые модели месторождений, прогнозируют новые запасы и делают много чего еще. Подробнее об этом Дмитрий рассказывает в видео-проекте «Десять вопросов Дата Сайентисту».

«По факту цифровые технологии, искусственный интеллект и машинное обучение сегодня настолько же важные элементы добычи нефти, как и буровые вышки и насосы. Нам приходится решать разноплановые задачи, которые могут удивлять даже нефтяников со стажем.

Например, мы создаем алгоритмы, которые непрерывно анализируют поступающую от бурового оборудования информацию по десяткам параметров, например, по скорости вращения долота, температуре, уровню вибрации. По этим косвенным показателям искусственный интеллект помогает инженерам ориентироваться под землей и не выходить за пределы даже самого тонкого нефтяного пласта», — отмечает Дмитрий.

Именно с таким софтом работает Центр управления бурением «ГеоНавигатор» в Санкт-Петербурге, который в круглосуточном режиме контролирует строительство самых сложных скважин компании по всему миру. О том, как такие программы помогают инженерам ориентироваться на большой глубине, можно узнать в этом видео.

Еще одна из интересных задач для искусственного интеллекта и машинного обучения состоит в том, чтобы находить дополнительные запасы нефти на уже разрабатываемых месторождениях.

Если десятки лет назад нефтяники смогли обнаружить только большие залежи нефти и начали из них добычу, то это не значит, что, например, над найденными пластами нет запасов поменьше. Наука и технологии в нефтяной отрасли очень быстро развиваются, расширяя возможности нефтяников. А еще с каждым годом в распоряжении инженеров появляется все больше и больше геологической информации с разных месторождений. Как раз здесь и нужны таланты специалистов по машинному обучению.

«Специальный алгоритм анализирует большой объем исторической геологической информации с сотен скважин, учится на экспертизе инженеров и за короткий срок выдает прогноз относительного того, где могут быть дополнительные запасы. Именно с помощью такого софта в 2019 году «Газпром нефть» добыла первую «цифровую нефть» в России на месторождении в ЯНАО, обнаружив новые запасы над уже разрабатываемыми пластами. В уже работающих скважинах было достаточно просто сделать дополнительную перфорацию, чтобы получить новый приток нефти», — говорит Дмитрий.

Подробнее о работе этой уникальной программы можно узнать в этом видео.

Физик и математик

Хотя машинное обучение очень полезный метод, но и у него есть свои ограничения, снять которые помогает фундаментальная наука — физика.

Как рассказал нам физик Научно-технического центра «Газпром нефти» Константин Лежнев, причины ограничений машобучения — в его сути. Прогоняя через себя огромное число входных данных, машина получает ответы методом «обучения на показе»: понимания физического смысла входящей информации у нее нет.

А это означает, что если модель применяют к какому-то необычному месторождению, где какой-то один параметр (например, давление в пласте) совсем не такой, как везде, то машинное обучение может дать неверный результат. Тогда нужно привлекать тех, кто понимает сущность процессов внутри горных пород, — специалистов по гидродинамике и механике пористых тел, то есть, собственно, физиков.

Гидродинамика совместно с механикой позволяют рассчитать две важнейшие задачи в разработке месторождений: как движется нефть в пласте и как именно в нём следует проводить такие операции, как гидроразрыв. Он заключается в закачке в пласт жидкости под большим давлением, которое создает в породах трещины. По ним нефть легче попадает в скважины.

Гидроразрыв — очень сложная для расчетов операция. Нужно учесть сотни параметров — от самого состава жидкости и оптимального давления до геологических особенностей пласта. Например, если созданная трещина получится слишком маленькой, то приток нефти в скважину будет низкий. Если трещина будет слишком большой, то она может попасть в шапку газа или пласт с водой, которые и будут попадать в скважину вместо нефти. Решить трудную задачу помогают физики.

«Гидродинамика основана на решении с требуемой точностью уравнений Навье-Стокса. Все уравнения такого типа решаются весьма «трудоемко» в смысле количества компьютерного времени. Там, где модели, построенные на машинном обучении, справляются за минуты или секунды, детальные гидродинамические расчеты, основанные на физике, могут занять дни или недели. Но, тем не менее, часто без них никак: при добыче сложной нефти данных для машинного обучения может не хватить», — отмечает Константин.

О сложных запасах нефти в России мы рассказывали в этом материале.

Как отмечают специалисты «Газпром нефти», для исследования новых эффектов, которые не учтены в текущих продуктах, необходима командная работа большого количества людей. После процесса построения цифровой модели особенно важны вычислительные математики, которые позволяют претворить идею в реальность.

Прикладные математики помогают создавать цифровые гидродинамические модели месторождений, которые просчитывают еще и динамику движения жидкостей в породах. Это важно для того, чтобы понимать, где размещать скважины и какие операции применять, чтобы нефть из пластов двигалась в их сторону, а не в противоположную.

Подробнее о работе прикладных математиков в нефтяной отрасли можно узнать из видеоинтервью сотрудника Научно-технического центра «Газпром нефти» Ксении Алексеевой.

Физики и математики вместе создают уникальные цифровые симуляторы, способные просчитывать сложные подземные процессы. Например, программа «КиберГРП» моделирует операции по созданию искусственных трещин в нефтяном пласте при помощи жидкости и давления. В долгосрочной перспективе экономический эффект от использования этого симулятора оценивается в миллиарды рублей. Подробнее о работе «КиберГРП» можно узнать из этого видео.

Фундаментальная математика помогает в том числе и находить нефть под землей. Прогнозировать места залегания углеводородов можно методом спектрального геологического моделирования. При этом данные геофизических исследований из нескольких скважин, расположенных далеко друг от друга, объединяются в точную трехмерную модель, помогающую нефтяникам находить наиболее перспективные зоны для дальнейшего бурения. Больше о спектральном моделировании можно узнать в этом видео.

Инженер-строитель

Строить здания в городах и обустраивать месторождения — это совершенно разные по сложности задачи. Нефтегазовые месторождения чаще всего расположены в труднодоступных местах. Суровый климат, большие расстояния до ближайшего жилья и проблемы с транспортной инфраструктурой — все это может обернуться немалыми сложностями и затратами при обустройстве активов.

Добавьте к этому сжатые сроки транспортировки — каждая дополнительная тонна груза становится критичной, если ее необходимо успеть доставить за тысячи километров по дорогам из снега и льда. А если вы не успели привезти все за зиму, то придется ждать больше полугода, когда тундра и болота замерзнут и снова станут проходимыми.

Но даже если получится привезти все строительные материалы и оборудование, то нужно из них еще возвести сложную инфраструктуру для нефтедобычи. Это важнейшая часть производственного процесса и одна из крупнейших статей затрат нефтяной компании. Помимо оптимизации процесса строительства инфраструктуры, существенно сократить затраты и время на ее возведение позволяют новые технологии и методы, о которых нам рассказал инженер-строитель Научно-технического центра «Газпром нефти» Альберт Атнагулов.

Этап строительства включает два основных типа задач. Первый — создание трубопроводов, дорог, линий электропередач и площадок с нефтедобывающей инфраструктурой и скважинами. Второй тип задач — строительство установки подготовки нефти, извлекающей из скважинной жидкости нефть и газ и отделяющей воду (ее затем могут снова закачивать в пласт). Хотя этот объект и называется «установкой», но по виду он больше похож на небольшой заводик, который до недавних пор собирался на месте из отдельных деталей.

Несмотря на то, что объекты подготовки делают давно, инженеры постоянно работают над их усовершенствованием. Например, в последние пять лет в «Газпром нефти» стали подходить к их сооружению совсем иначе: теперь установку заказывают в виде отдельных модулей на заводе-изготовителе, и на месте ее уже не строят, а собирают.

Также начинают меняться подходы к обустройству месторождений. Дело в том, что ранее скважины могли работать десятки лет подряд: проницаемость пород (о которой мы рассказывали в материале о стереотипах о нефти) в традиционных нефтяных месторождениях высока, и нефть может притекать к одной скважине до тех пор, пока пласт не исчерпается.

Для сложных, нетрадиционных запасов все иначе: породы там плотные, и даже с гидроразрывом скважины добывают меньше нефти уже через 5-10 лет. Это значит, что сейчас имеет смысл планировать их мобильными — такими, которые можно через несколько лет работы разобрать на модули и частично использовать в другом месте.

«Модульность и мобильность оборудования и сооружений стали новыми трендами в обустройстве месторождений. Новые технологии и методы работ помогают инженерам-строителям повышать эффективность текущих активов и вовлекать в разработку удаленные месторождения», — отмечает Альберт.

Химик

Когда думаешь о химии в нефтяной отрасли, то в первую очередь представляется переработка нефти в бензин и другие нефтепродукты на НПЗ. Однако в нефтяной отрасли специалисты с химическим образованием нужны еще до получения углеводородов из скважин. Геохимик из Научно-технического центра «Газпром нефти» Дарья Калачева рассказала нам, какие прикладные задачи решает в области поиска и добычи углеводородов.

Например, вы знали, что запасы нефти, скрывающиеся на большой глубине, можно обнаружить на поверхности по их молекулярному следу? Достаточно использовать специальные ловушки — сорбенты, которые могут отлавливать молекулы углеводородов!

«Геохимики включаются в процесс поиска углеводородов еще на этапе геологоразведки. Делается это, например, с помощью площадной геохимической съемки — технологии, способной улавливать молекулы углеводородов рядом с поверхностью с помощью специальных сорбентов. Изучив состав сконцентрированных в сорбенте химических соединений, геохимики могут получить много полезной информации для дальнейших геологоразведочных работ. Такой метод позволяет без относительно больших первоначальных финансовых вложений определять по составу углеводородных газов на поверхности потенциальные перспективные зоны для дальнейшего доизучения», — говорит Дарья.

Химики также отвечают за подбор поверхностно-активных веществ — полимеров, закачиваемых в пласт, чтобы упростить выход нефти из пор пород. Современные нефтяники практически вымывают нефть из пластов составами, отдаленно похожими на средства для мытья посуды. Но так как каждое месторождение уникально, то и вещества нужно подбирать каждый раз заново.

Хотите увидеть, как работают поверхностно-активные вещества? Тогда смотрите это видео.

Химики не только помогают находить нефть и ее добывать, но и специальными веществами значительно увеличивают срок службы нефтепромыслового оборудования, которое работает в агрессивных средах. Например, на стенках скважин накапливаются асфальтено-смоло-парафиновые отложения и неорганические соли, которые значительно сокращают приток нефти и выводят оборудование из строя. Поэтому химики разрабатывают специальные составы, которые не дают этим осадкам появляться. А еще они создают и другие реагенты, которые предотвращают, например, коррозию оборудования.

Мы успели рассказать только про несколько профессий, специалистов в которых с полным правом можно причислить к нефтяникам. Больше информации о востребованных специальностях, видеоинтервью с молодыми сотрудниками Научно-технического центра «Газпром нефти», а также секреты карьерного успеха в нефтяной отрасли можно найти здесь. Хотите узнать, в каких магистратурах нужно учиться, чтобы стать нефтяником? Тогда эта страница для вас.

Из всего этого видно, что нефтянка — это далеко не только геологи и буровики. По мере широкого вовлечения в добычу сложных месторождений специальностей для их разработки также требуется все больше и больше. Сегодня многие технологические прорывы в нефтяной области происходят на стыке самых разных научных дисциплин. Поэтому если вы ученый или только планируете им стать, то нефтяная отрасль — отличный выбор для вашей карьеры!

Партнерский материал подготовлен совместно с Научно-техническим центром «Газпром нефти».