DISCOM – 2021: Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами

VII Международная научно-техническая конференция с таким названием прошла 14–15 октября 2021 г. в Москве на базе ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

В работе конференции приняли участие 160 специалистов из 67 организаций, представлявших шесть стран: заслушано 29 докладов, в том числе 16 —  в удаленном режиме.

Среди участников —  представители российских и зарубежных предприятий, акционерных обществ, компаний, вузов, научно-исследовательских и проектных институтов. В работе конференции также участвовал представитель редакции журнала «Безопасность труда в промышленности» — официального издания Ростехнадзора.

Цель мероприятия —  представление новых научно-технических разработок и обмен опытом использования информационных технологий в управлении режимами работы газотранспортных и газодобывающих систем. Деловая программа состояла из пленарной, трех технических сессий и круглого стола, посвященных внедрению новых технологий, в том числе и на базе искусственного интеллекта, в диспетчерском управлении системами газоснабжения.

Открывая конференцию, начальник Департамента ПАО «Газпром» С.Н. Панкратов отметил, что DISCOM — это единственная научная конференция в Европе, объединяющая специалистов по эксплуатации и развитию автоматизированных систем диспетчерского управления газотранспортным комплексом и рассматривающая на фундаментальной научной основе вопросы разработки и обслуживания таких систем. Символично, что седьмая по счету конференция на эту тему проводится в объявленный в России год науки и технологий. И несмотря на то что многие предприятия и научные организации вновь переходят на работу в ограниченном и удаленном режиме, что становится уже нормой нашей жизни, повсеместно растет ответственность сотрудников диспетчерских комплексов в выполнении рабочих регламентов и нормативов, а значит, повышается надежность и бесперебойность поставок газа потребителям. В этих условиях особая роль отводится внедрению автоматизированных систем в работу диспетчерских пунктов. Представитель Газпрома также подчеркнул актуальность темы использования возможностей искусственного интеллекта (ИИ) в управлении газотранспортной системой. «Информационные системы поддержки принятия решений — это современный мощный инструмент, позволяющий решать широкий спектр задач диспетчерского управления, среди которых моделирование технологических процессов, прогнозирование объемов потребления газа, оптимизация распределения потоков газа», — подчеркнул докладчик, пожелав участникам конференции плодотворной работы в этом направлении.

С письменным обращением к участникам мероприятия обратился генеральный директор ООО «Газпром ВНИИГАЗ» М.Ю Недзвецкий. Он акцентировал внимание на том, что ПАО «Газпром» располагает крупнейшей в мире газотранспортной системой, представляющей собой уникальный технологический комплекс, включающий более 1765 тыс. кв. км разветвленных магистральных газопроводов, 254 компрессорные станции, 3700 газоперекачивающих агрегатов. Понятно, что на современном этапе диспетчерское управление всем этим огромным и технологичным хозяйством стало одной из сложнейших научно-технических задач, решение которой невозможно без применения современных программно-вычислительных комплексов и информационных систем поддержки принятия управленческих решений. Вопросы внедрения и эксплуатации таких систем очень важны для отрасли. В своем обращении руководитель ООО «Газпром ВНИИГАЗ» также поздравил работников диспетчерского комплекса ПАО «Газпром» с 60-летием Центрального производственно-диспетчерского департамента, пожелав им новых производственных достижений.

Ректор Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина В.Г Мартынов, обращаясь к участникам конференции, в свою очередь отметил, что современные автоматизированные диспетчерские системы позволяют не просто управлять сложнейшей газотранспортной системой страны, но управлять ею эффективно, обеспечивая бесперебойную и надежную поставку газа потребителям России, стран ближнего и дальнего зарубежья. При этом ученый особо подчеркнул важную роль в современной энергетике органического топлива и прежде всего природного газа, который на ближайшие десятилетия, вопреки всем пересудам, не будет иметь серьезной конкуренции, а значит, продолжит доминировать в мировой энергетике. И это означает —  важность и актуальность вынесенных на конференцию проблемных вопросов, в основе которых решение задач автоматизации и цифровизации диспетчерского управления отечественной газотранспортной системой.

Открывая пленарную сессию, заместитель начальника Департамента —  начальник Управления ПАО «Газпром» А.Ю. Киреев отметил, что за 60 лет диспетчерский аппарат компании прошел путь от ручного управления газотранспортной системой до современных автоматизированных систем, позволяющих в автоматическом режиме решать сложнейшие задачи и принимать оперативные решения по управлению технологическими процессами и их оптимизации. Его доклад был посвящен анализу возможного применения искусственного интеллекта при управлении системами газоснабжения ПАО «Газпром». А.Ю. Киреев подчеркнул, что специалисты пока только рассматривают возможности использования технологий ИИ в управлении ГТС. Задача: оптимальный выбор режимов работы технического оборудования с учетом состояния ГТС, внешних условий и конкретных задач. Докладчик подробно остановился на рассмотрении одного из самых распространенных алгоритмов машинного обучения — дереве решений, на примере реализации важной технологической задачи: поддержания оптимальной температуры газа в ГТС. «Система газоснабжения ПАО «Газпром» уникальна и не имеет даже близких аналогов в мировой практике. По этой причине маловероятно, что уже существующие наработки и алгоритмы могут в ней использоваться, а значит, наши решения, скорее всего, также будут уникальными», —  заключил докладчик.

Заведующий кафедрой РГУ Нефти и газа им. Губкина А.С. Лопатин развил и обосновал тезис ректора университета о том, что природный газ останется основой международной энергетики еще не одно десятилетие. Это утверждение всесторонне, на основе научного анализа обосновывается в изданной на базе университета монографии, авторство которой принадлежит ряду авторитетных в нефтегазовой области ученых. Научно обоснованные факты упрямая вещь. А они говорят о том, что за последние 40 лет темпы роста потребления электроэнергии в мире достигли 2,8 % в год, и это достаточно высокий показатель. При этом без малого 85 % вырабатываемой в мире энергии приходится на органические источники: уголь, нефть и газ, и лишь 5 % на так называемую «зеленую» энергетику. За этот же период население земного шара почти удвоилось, стало быть, потребление энергии и в дальнейшем будет только расти, ведь, как показывает статистика, мало кто в нашем мире ради перехода к зеленой энергетике готов хотя бы на йоту поступиться своим привычным комфортом. Так, ни одна из стран «большой двадцатки» на сегодня не готова отказаться от углеводородов в качестве источников энергии. А, к примеру, такая мощнейшая в технологическом плане держава, как КНР —  до сих пор еще на 60 % черпает энергию из угля. И лишь в последние годы, не без участия России, она начала постепенно переводить свою энергетику на природный газ (7 %). К слову уже освоенных мировых запасов нефти и газа по разным оценкам может хватить на 50–90 лет. «Безусловно, переход на возобновляемые источники энергии назрел и будет продолжаться, —  заключил докладчик, —  но насколько он затянется, никто сейчас не может сказать, поскольку для его успешного завершения необходим крупный научный прорыв. А пока этого не произошло, без традиционных источников энергии человечеству никак не обойтись».

Начальник КНТЦ газотранспортных систем и технологий ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Д.М. Ляпичев еще раз подчеркнул, что газотранспортные системы являются сложнейшими технологическими комплексами, условия эксплуатации которых очень специфичны. И одна из особенностей эксплуатации ГТС — наличие как сезонной (долгосрочной), так и суточной (краткосрочной) неравномерности газопотребления, обусловливающей многократное изменение режимов ее работы во времени. В рамках представленного доклада предложены методические подходы к оценке влияния изменения режимно-технологических параметров работы ГТС на техническое состояние оборудования и трубопроводов входящих в нее объектов, показаны результаты оценки влияния переменного нагружения на ресурс элементов трубопроводов, сосудов, работающих под давлением, а также на скорость развития трещиноподобных дефектов в основном металле и сварных соединениях трубопроводов. Также показано, что одним из необходимых этапов системной работы по оптимизации режимов работы ГТС должна стать интеграция автоматизированных систем технического диагностирования с системами поддержки принятия решений в диспетчерском управлении.

«Обеспечение надежной и эффективной работы газотранспортных систем возможно только при наличии актуальных данных о техническом состоянии оборудования и трубопроводов входящих в них объектов, и здесь не обойтись без применения новейших цифровых технологий», —  подытожил докладчик.

Заведующий лабораторией РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина В.А. Швечков напомнил, что технологии цифровой трансформации и искусственного интеллекта со всем набором инструментов для их реализации, как цифровые двойники, 3D-моделирование, предиктивная аналитика и т.д. для российской науки, скорее, не новое, а уже давно позабытое старое —  данными направлениями в СССР занимались еще в середине прошлого века. Другое дело, что в те времена не было достаточных возможностей для работы с ними — не существовало еще столь «бешеных»  скоростей передачи информации. Сейчас все условия для такой работы вызрели. И на повестке снова —  использование ИИ в автоматических системах управления технологическими процессами. Но и на современном этапе требуется взвешенный подход к использованию данных технологий. Определенно —  ИИ целесообразно использовать лишь для реализации наиболее сложных формализованных задач. И уж точно не стоит задействовать его в решении, допустим, дифференциальных уравнений, что сродни забиванию гвоздей с помощью хрустальной вазы. Основная проблема для разработчиков автоматизированных систем управления — огромные массы данных, с которыми приходится работать. Реализация задач масштаба ЕСГ требует существенных вычислительных ресурсов на обработку данных и обучение многослойных нейросетевых моделей. Решение этой проблемы возможно путем задействования мощностей, имеющихся у ведущих технических вузов и технологических компаний. Апробация алгоритмов и технических решений, полученных на научно-производственном полигоне, безусловно, позволит сформировать обоснованные требования к ресурсному обеспечению технической инфраструктуры ПАО «Газпром». И вот здесь на пути ученых встает еще одна существенная проблема: а готово ли на сегодня руководство холдинга, чтобы все его основные производственные данные были загружены в «облака» Яндекса или Mail.ru? И подобных острых углов накопилось немало. «Так что вопрос о путях реализации новых цифровых технологий в преломлении к нефтегазовому сектору остается до сих пор открытым. И в этом заключено бесконечное поле для работы и научного поиска», —  заключил эксперт.

Об опыте ПАО «Газпром автоматизация» в области импортозамещения в системах оперативно-диспетчерского управления ПАО «Газпром» рассказал представитель компании Г.В. Зыбин. Он отметил, что большая часть СОДУ, эксплуатирующихся в настоящее время в дочерних обществах ПАО «Газпром», построены с использованием как системного, так и специального программного обеспечения иностранного происхождения. Но появились уже и собственные программные комплексы, готовые заменить аналогичные ПК зарубежного производства. Так, в ПАО «Газпром автоматизация» разработаны, прошли испытания и рекомендованы для построения СДКУ объектов транспорта газа два программных комплекса, отвечающих требованиям импортозамещения и безопасности объектов критической информационной инфраструктуры: ПК «Горизонт» (№ 4476 в Едином реестре российских программ); ПК «Поток-ДУ» (№ 5621). Программно-технические комплексы на их основе имеют сертификаты ИНТЕРГАЗСЕРТ и включены в реестр МТР, как рекомендованные к поставке на объекты ПАО «Газпром». В настоящее время выполняется подготовка ПК «Поток-ДУ» к испытаниям в качестве СДКУ для объектов добычи газа. В 2020 г. ПАО «Газпром автоматизация» успешно выполнило НИОКР «Разработка алгоритмов и модели системы дистанционного контроля промышленной безопасности опасных производственных объектов ООО «Газпром добыча Астрахань».

И это не единственный пример успешной работы отечественных разработчиков современных ПК и другого технического оборудования для СОДУ. Так, представитель компании ООО «ПСИ», дочернего общества немецкого концерна PSI Software AG, представил инновационные разработки  в области управления транспортом и хранения природного газа. Программные продукты PSI отличает комплексный и интегрированный подход к задачам управления, гибкая настройка на актуальную модель бизнеспроцесса, они могут использоваться для модернизации существующих систем и создания новых современных ИТ-решений.  Заместитель генерального директора по развитию АО «АтлантикТрансгазСистема» А.А. Ковалев раскрыл перспективы  функционального развития  разработанного инженерами компании программно-технического комплекса СПУРТ, успешно применяемого в СОДУ ПАО «Газпром». В 2015–2017 гг. проведен полный перевод СПУРТ на программные и технические компоненты производства России и стран, не поддерживающих санкционную политику. Созданная версия СПУРТ-Р в составе подсистем СДКУ и СППДР прошла все необходимые приемочные испытаний ПАО «Газпром». Проведя замещение импортных компонентов, специалисты АО «АТГС» продолжили работы по нескольким направлениям: развитие интеграции с нестационарной модельной газотранспортной системой (комплекс «Волна») для прогнозирования потребления газа и реализации проактивного управления ГТС; развитие функциональности модулей «журнала диспетчера», планирования, балансирования и отчетности СППДР; новые разработки в части поддержи принятия решений в нештатных и аварийных ситуациях; создание аналитических приложений по ранней диагностике, локализации и выявлению неисправностей оборудования и др.

А о путях внедрения инновационных разработок в системы ПАО «Газпром» рассказал представитель компании В.Н. Юшманов. В 2018 г. в ПАО «Газпром» создана единая корпоративная система организации внедрения инноваций, призванная объединить компетенции экспертов администрации, представителей эксплуатирующих дочерних обществ и научных центров компании. Основной элемент данной системы —  постоянно действующая комиссия по внедрению инновационной продукции, в состав которой входят представители департаментов инвестиционно-стратегического, производственного и финансово-экономического блоков ПАО «Газпром». Еще одним инструментом внедрения инновационных устройств является совместный с компанией «Иннопрактика» Координационный совет по внедрению инновационной продукции, а также действующий под его эгидой совместный проектный офис. В настоящее время в ПАО «Газпром» на стадии внедрения находится целый ряд инновационных разработок, в том числе выполненных в рамках программы НИОКР компании. В их числе: программно-вычислительный комплекс для моделирования режимов работы газотранспортных систем «Волна», преобразователь сорбционно-емкостной температуры точки росы по влаге в природном газе «Гигросенс» и др. Активно ведется работа по внедрению цифровых технологий. На финальном этапе находится реализация пилотного проекта «Цифровой двойник Южно-Русского месторождения», завершение которого планируется в начале следующего года. На базе данного проекта уже инициирована аналогичная работа для Киринского месторождения.

В завершение докладчик отметил, что корпоративная система организации внедрения инноваций постоянно совершенствуется. Так, в настоящее время совместно с Санкт-Петербургским государственным экономическим университетом ведется работа по созданию и вводу в эксплуатацию информационно-управляющей системы экспертно-аналитической поддержки внедрения инноваций «Газпром «Территория инноваций» на базе интернет-портала системы «одного окна».

Первая техническая сессия «А» была посвящена Автоматизированным системам и компьютерным технологиям в добыче, транспорте и распределении газа.

Открыла сессию заместитель начальника лаборатории охраны окружающей среды ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Е.В. Косолапова выступлением на тему «Углеродный след природного газа ПАО «Газпром»: риски и возможности». Она отметила, что в условиях действия договоренностей Парижского соглашения по климату и адаптации различных стран и глобальных энергетических компаний к тренду низкоуглеродного развития экономики углеродный след природного газа может повлиять как на риски, так и на дополнительные возможности для технологического развития ПАО «Газпром». Но при любых раскладах это однозначно отражается на качестве технологического процесса компании и в конечном итоге — на эффективности использования основных средств. К основным парниковым газам в ПАО «Газпром» относятся метан, диоксид углерода. При этом российский природный газ остается наиболее конкурентным в ЕС по всем параметрам, в том числе и по углеводородному следу. В настоящее время для оценки углеродного следа разработаны различные международные модели определения выбросов парниковых газов в цепочке жизненного цикла получения природного газа. Выполнен анализ применимости моделей к российским условиям и к нефтегазовой отрасли. В том числе выявлены ограничения моделей, которые не позволяют использовать их для оценки углеродного следа поставок природного газа ПАО «Газпром» по всей технологической цепочке. В то же время специалисты ООО «Газпром ВНИИГАЗ» разработали модель для оценки углеродного следа жизненного цикла природного газа —  от скважины до потребителя, которая может стать основой для разработки программно-вычислительного комплекса по выбросам парниковых газов и углеродному следу различных вариантов поставок природного газа ПАО «Газпром». В настоящее время уточненная модель используется для оценки углеродного следа природного газа ПАО «Газпром», экспортируемого по различным маршрутам.

Главный научный сотрудник Центра компрессорных станций и энерготехнологического оборудования ООО «Газпром ВНИИГАЗ» В.А. Щуровский представил доклад «Энерготехнологические методические подходы к процессам транспортировки газа по магистральным газопроводам». На основе данных классических выкладок обосновал зависимости товаротранспортной работы, мощности, энергоемкости и энергоэффективности магистрального газопровода от скорости газа в трубах.

Представитель ООО «Газпром информ» В.В. Тетерев, презентуя доклад на тему «Внедрение шаблона ИУС ПТП в дочерних обществах ПАО «Газпром», отметил, что задачи унификации программных решений для автоматизации процессов диспетчерского управления в дочерних обществах Газпрома были поставлены еще в 2008 г. в рамках реализации стратегии информатизации компании. При этом многие направления данной стратегии остаются актуальными и до сих пор. Так, в Газпроме  для решения однотипных задач эксплуатируется значительное количество разнородных промышленных систем, созданных на базе различных программных продуктов. При этом значительная часть систем введена в эксплуатацию в 1990-е и 2000-е годы, требует развития и импортозамещения с переводом на новые аппаратные платформы. Наконец, в большинстве случаев используемые системы обеспечивают решение преимущественно локальных задач дочерних обществ компании, не решая задачи управления корпоративного уровня. А достаточно низкая степень вертикальной интеграции затрудняет оперативное получение детальной производственно-технологической информации.

Поэтому в рамках стратегии информатизации ПАО «Газпром» в дочерних обществах в рамках ряда проектов были разработаны и внедрены информационно-управляющие системы (ИУС) производственно-технологических процессов (ПТП).

Текущие внедрения ИУС ПТП покрывают основную функциональность СОДУ в части систем поддержки принятия диспетчерских решений — без учета комплексов моделирования. Основной целью нового этапа развития СОДУ является доработка программной платформы в рамках задач интеграции систем диспетчерского контроля и управления, систем BI и предиктивной аналитики с решениями различных производителей комплексов моделирования и режимно-технологических расчетов, а также приближения к созданию полноценных цифровых двойников промышленных объектов «Газпрома» на корпоративном уровне.

Представитель ООО «Газпром добыча Астрахань» К.М. Тогунов поделился опытом оснащения диспетчерских служб системой визуализации информации. Сотрудникам диспетчерских служб приходится работать с огромным объемом разнообразной информации, анализировать ее, принимать на основе этого решения. Достоверность и качественный отбор информации для анализа —  важнейший аспект работы диспетчерских комплексов. В диспетчерских службах ООО «Газпром добыча Астрахань» внедрена уникальная информационная среда для визуализации и анализа информации, созданная на основе высокотехнологичных компьютеров и организованная в виде системы коллективного отображения информации (СКОИ). В настоящее время СКОИ используется для визуализации технологических процессов, визуального контроля работы опасных производственных объектов и действий персонала в онлайн-режиме, а также мониторинга экологической и противопожарной обстановки. Детально рассмотрена комплексная система мониторинга, предупреждения и подготовки к локализации и ликвидации аварийных ситуаций на опасных производственных объектах.

А завершил первую сессию доклад директора по информационным технологиям ЗАО «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности» С.А Буйновского, посвященный разработанной в компании линейке программных продуктов Toxi+ для расчета последствий и оценки показателей риска аварийных выбросов опасных веществ. В докладе рассмотрено решение с помощью названных специализированных ПК двух важных для сферы промышленной безопасности проблем: обоснование технических решений на опасных производственных объектах (ОПО) с целью снижения риска аварийной ситуации и оценка последствий произошедшей аварии в режиме реального времени.

Первая проблема вызвана тем, что инновационное развитие в области технологий, применяемых на ОПО, приводит к априорному отставанию нормативно-правового регулирования. Для устранения этого недостатка введены процедуры разработки Специальных технических условий и Обоснования безопасности опасного производственного объекта, которые позволяют разрабатывать индивидуальные требования промышленной безопасности при проектировании и эксплуатации ОПО. Основным инструментом для обоснования технических решений на ОПО в настоящее время служит физико-математическое моделирование физических процессов, а также количественная оценка риска аварий с участием опасных веществ. Для решения этих задач задействуются ПК Toxi+Risk и Toxi+Гидроудар. Данные продукты опробованы и успешно применяются на протяжении уже многих лет во многих отечественных производственных компаниях и государственных корпорациях.

По второй проблеме — наибольшее количество сведений о возможных последствиях аварии также можно получить с помощью современных подходов к физико-математическому моделированию выбросов опасных веществ с учетом реальных метеоусловий и оперативных данных систем обнаружения аварийных выбросов. Для решения данных задач в ЗАО «НТЦ ПБ» разработан специальный ПК Toxi+Прогноз. Участники мероприятия получили возможность подробно ознакомиться с характеристиками и преимуществами программных продуктов линейки Toxi+.

Вторая сессия (Секция В) была посвящена рассмотрению уже разработанных и опробованных на производстве систем поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газодобывающими и газотранспортными системами. Среди значимых выступлений на сессии: доклады специалистов ПАО «Газпром» Р.Б. Яковлева «Моделирование газотранспортных систем дочерних обществ ПАО «Газпром» с целью выявления и локализации мест возникновения небаланса газа» и Филиала РФЯЦ-ВНИИЭФ «НИИИС им. Ю.Е. Седакова С.В. Евсеева. Своими практическими разработками для улучшения и оптимизации работы диспетчерских комплексов ПАО «Газпром» также поделились представители РГУ нефти и газа (НИУ) им. Губкина, ООО «Сириус Софт», «Газпром трансгаз Ухта», «Газпром информ», «Газпром трансгаз Томск», «Газпром трансгаз Казань» и др.

А на третьей сессии (Секция С) обсуждались технологии искусственного интеллекта в диспетчерском управлении системами газоснабжения. Заключительное пленарное заседание форума прошло в виде круглого стола, который также был посвящен проблемам внедрения искусственного интеллекта в системы управления ГТС. Среди основных проблем выделены: сложность работы с большими данными с учетом имеющихся технических возможностей, дефицит высококлассных специалистов в этой сфере, определение сфер применения ИИ. Вывод: управлять ГТС и системами газоснабжения, опираясь на ИИ, в ближайшее время не представляется возможным за неимением соответствующей базы. Кроме того, переводить диспетчерские системы полностью под управление ИИ, с учетом всего спектра решаемых ими задач —  пока нецелесообразно.

В завершение форума его модератор и ведущий заместитель Генерального директора по науке ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Р.Р. Контюков выразил благодарность руководству и коллективам ПАО «Газпром» и «Газпром ВНИИГАЗ» —  главным инициаторам мероприятия —  за высокий уровень организации его проведения. Ключевые доклады на форуме лягут в основу дальнейшей работы ученых и производственников по решению озвученных проблем и реализации наиболее перспективных разработок в структуре и дочерних организациях ПАО «Газпром».

С.В. Евсеев (ЗАО НТЦ ПБ),
Пресс-служба ООО «Газпром ВНИИГАЗ»

Хотите быть всегда в курсе наших новостей и событий? Подписывайтесь!