Особенностью развития нефтегазовой отрасли в России является геологическая концентрация и территориальная удаленность разведанных запасов, что определило «очаговое» освоение регионов добычи, при этом инвестиции в сохранение инфраструктуры значительно снижаются по объемам или откладываются на неопределенное время.
Следствием длительной эксплуатации является старение нефтегазовой структуры, что приводит к снижению добычи на нефтегазовых месторождениях при использовании традиционных технологий. Цифровая модернизация нефтегазодобычи позволяет повысить интеллектуальные возможности не только на основе тех данных, которые находятся в системе управления, но и на основе всей доступной информации, т.е. как исторически накопленной и прогнозной, так и контекстной, которая изначально не содержится в системе и формируется на основании анализа из разных источников [1].
Цифровое месторождение нефти и газа становится объектом добычи с элементами искусственного интеллекта на основе интеграции данных, машинных алгоритмов и роботизированных систем управления, обеспечения дистанционного контроля, управления объектами и процессами, разработки различных моделей управления и принятия критерийных решений. Вызовы в нефтегазовой сфере в условиях санкционного давления и декарбонизации носят глобальный характер, ответить на них можно только делая ставку на инновационные нефтегазовые технологии, такие как цифровизация скважин, месторождений, оптикализация сбора и передачи больших геоданных, роботизация рабочих мест, квантовизация, защита геопромысловой информации и средств автоматизации, интеллектуализация принятия решений в условиях больших геоданных и наличия системы поддержки принятия решений.
Применение цифровизации и методов искусственного интеллекта в газовой отрасли является обязательным инструментом обеспечения экономической эффективности, сохранения компетенций и кадрового потенциала, а также способствует реализации проектных режимов и продлению ресурса месторождений, находящихся на заключительной стадии эксплуатации. Знание состояния призабойной зоны позволяет без дополнительных затрат увеличить производительность по целому ряду скважин в условиях геолого-технологических ограничений на 30–40 %. Для новых месторождений предусматривается возможность обеспечения работы месторождений в ручном/дистанционном/автоматическом режимах, а в перспективе и широкое применение интеллектуального управления [2].

Основой возможности развития становятся научно-технические инновации, которые обеспечиваются за счет поддержки фундаментальных и прикладных научных исследований, стимулирования перспективных технологий опережающего развития. Переход от экспортно-сырьевого к ресурсно-инновационному развитию является первым этапом реализации стратегии инновационного развития экономики России.
Нефтегазовый комплекс имеет все необходимое для реализации цифровой модернизации и инновационных преобразований. Он по-прежнему обладает крупнейшей в мире минерально-сырьевой базой, развитой инфраструктурой, квалифицированными кадрами, значительным инновационным потенциалом, в том числе потенциалом реализации высоких и цифровых технологий и, что немаловажно, характеризуется масштабным, быстрым и эффективным возвратом вложенных в него финансовых ресурсов. Актуальным является создание фундаментального и мультисенсорного инструментального базиса цифровых, инновационных, энергоэффективных, ресурсосберегающих, экологически чистых технологий (цифровые скважины и месторождения), обеспечивающих научно-техническую модернизацию нефтегазовой отрасли страны в условиях санкционного давления и снижения углеродного следа.
В процессе цифровой трансформации реализуется конкурентоспособная эффективная экономика, построенная на основе современных отечественных научно-технических разработок и компетенций. Объектами изменений при внедрении интеллектуальных технологий являются информация, производственные процессы, вспомогательный персонал и организационные структуры.
Цифровые технологии Индустрии 4.0 (четвертой промышленной революции) в настоящее время нашли поддержку и реализуются в ряде принятых государственных програм — «Цифровая экономика Российской Федерации», «Национальная технологическая инициатива» (НТИ) и др., однако единой и согласованной нормативно-правовой базы по внедрению отечественных инноваций в области технологий, продуктов и услуг до настоящего времени не существует.
В открытой печати уже можно встретить ссылки на применение технологий
Индустрии 5.0, итогом развития которых являются самообучающиеся системы, принимающие решения на базе экспертной оценки и искусственного интеллекта. Такое развитие основано на фундаментальных научных разработках в области робототехники и стратегии развития и применения нейронных сетей, достижений экспериментальных исследований в области компьютерного и человеческого зрения. Построение новой бизнес-модели предполагает создание долговременной стратегии разработки и реализации Программ развития, автоматизацию различных производственных процессов, формирование базы документов и стандартизацию типовых решений по применению наиболее эффективных технологий.
С учетом технологических преимуществ и получения экономической эффективности первоначально рекомендуется обеспечить цифровизацию нефтегазовых скважин и месторождений с применением волоконно-оптических технологий, что в условиях ограниченного финансирования обеспечит увеличение извлекаемых запасов не менее 10 %, уменьшение времени простоев скважин порядка 50 % от начального уровня и сокращение операционных затрат около 10–25 % [3].
Развитие технологий и компетенций в целом приведет к исключению человека из цепочек управления и в дальнейшем к замене искусственным интеллектом, а также обеспечит создание дополнительной прибыли при организации эффективных нефтегазовых процессов, охватывающих полный технологический цикл, включающих подземный технологический комплекс (пласт, скважина), надземную инфраструктуру (подготовка углеводородного сырья к транспорту) и интеграцию процессов на основе комплексных алгоритмов управления и эксплуатации активов на основе фактического состояния и компетенций.
Анализ возможных негативных последствий и новых проблем, которые возникнут при широком внедрении технологий цифровой экономики, еще не проведен. Создание цифровой нефтегазовой отрасли в России позволит решить не только важнейшие проблемы отрасли, но и создаст задел для будущего эффективного развития прикладных производств и технологий (рис. 1).

Ключевые направления в развитии нефтегазовой экономики России диктуют глобальные вызовы и выявленные при исследовании тенденции:

• изменение системы газовых поставок за счет развития производства и транспортировки сжиженного природного газа, применения сжатого газа в транспорте;
• зависимость показателей добычи от внедрения зарубежных и современных технологий и уровня внедрения интеллектуальных программно-технических средств в производство;
• декарбонизацию энергетического сектора и ужесточение экологических требований, выполнение условий Парижского соглашения по климату в долгосрочной перспективе;
• прогнозирование устойчивости российской нефтегазовой экономики, выявление рисков, способных оказать негативное влияние на деятельность предприятий;
• сокращение численности рабочей силы, потери технических и квалификационных навыков в условиях недостатка квалифицированных кадров с цифровыми компетенциями;
• качество и доступность объемов геологических данных, отсутствие современных нормативов и стандартов в области цифровизации нефтегазовой отрасли и полной линейки цифровых нефтегазовых технологий в области искусственного интеллекта.

Политика цифрового управления обеспечивает ряд значительных преимуществ:

• непрерывный расчет рисков и выбор алгоритмов управления по критериям;
• анализ технологической и экологической безопасности, снижение вероятности отклонений от оптимальных режимов разработки и добычи на месторождениях;
• передачу компетенций на уровень роботизированных систем, что снижает влияние человеческого фактора и
• предусматривает ситуационное управление на основе моделей;
• автоматизированную подстройку режимов согласно геолого-технологической модели;
• автоматизированный расчет баланса по скважинам и управление режимами, учет ресурсов, планирование работ, автоматическое оформление отчетных форм;
• оптимизацию нагрузки, планирование объемов выполнения работ по скважинам;
• адаптацию системы управления режимами в реальном масштабе, соответствие управления работой месторождения
• проектным показателям, моделям и режимам [4].

Для определения уровня цифровой и технологической модернизации целесообразно использовать ряд целевых показателей (индикаторов), контролируемых администрацией нефтегазовых предприятий. К ним относится рост капитализации компаний и запасов, прирост добычи, снижение удельных эксплуатационных затрат, количество центров интегрированных операций, роботизированных комплексов, оснащенных системами мониторинга и управляемых в реальном времени скважин и месторождений, технологических полигонов развития для создания новых технологий, мобильных рабочих.
В последнее время нефтегазовые компании проводят политику создания собственных институтов развития и расширения компетенций, что представляется не всегда эффективным. Организация работ без привлечения центров компетенций в виде специализированных институтов увеличивает сроки их выполнения и не обеспечивает достижения планируемых результатов в сжатые сроки, а также имеет повышенные риски, так как только своевременные разработки и их оригинальность определяют конкурентность и возможность лидирования на рынке добычи и поставки продукции.
Глобальной задачей, требующей в настоящее время решений в области внедрения автоматизированных (роботизированных) систем в нефтегазовой промышленности, является необходимость создания междисциплинарной проектно-исследовательской среды, обеспечивающей интеграцию и взаимодействие фундаментальной и прикладной наук, студентов и преподавателей, эксплуатационного персонала отрасли для решения конкретных задач по применению интеллектуальных (цифровых) технологий добычи, транспорта, хранения и переработки в отрасли в сжатые сроки [5].