Уральские ученые-геологи предложили создать цифровое кернохранилище

Ученые Уральского государственного горного университета (УГГУ) предложили создать цифровое кернохранилище. Дело в том, что государственные хранилища образцов рудных полезных ископаемых переполнены, поэтому многие недропользователи вынуждены оставлять их у себя - это порождает проблемы не только с сохранением материалов, но и с достоверностью их описания. Между тем, чтобы приступить к разработке месторождения, необходимо поставить его на баланс в госкомиссии по запасам, а это делается именно на основе первичных данных.

- Изучением рудного керна сегодня, конечно, занимаются, но лишь фрагментарно, нет общепринятого подхода и государственного сервиса по предоставлению актуальной геологической информации частному заказчику, - говорит сотрудник научно-исследовательского лабораторного центра вуза Игорь Власов.

Уже в 2025 году ученые начнут разрабатывать методические рекомендации по исследованию рудного керна на основе цифровых моделей и стандарты хранения образцов. До 2030-го планируется построить здание самого цифрового кернохранилища и центра компетенций, куда предприятия смогут присылать материалы для анализа, удаленно получать консультации, научное сопровождение и прогноз горных работ. Общая стоимость проекта оценивается в 300 миллионов рублей.

Окаменевшая история

Любая добыча начинается с поиска и разведки, главным источником информации для геологов служат цилиндрические образцы породы, извлеченные при разведочном бурении. В разрезе они похожи на торт, где каждый слой - целый период жизни планеты, возраст отдельных достигает 800 миллионов лет.

Первичное описание выполняют еще на месторождении, потом проба попадает в хранилище и лабораторию, где подвергается разного рода испытаниям: материал измельчают, пропускают через рентген, томограф, нагревают, накачивают инертным газом, пропитывают водой и т. п. Другими словами, имитируют разные физические и химические процессы под землей и во время добычи.

Альтернативой физическим методам выступает математическое моделирование: оно позволяет визуализировать внутреннее строение недр, определить минералогический и химический состав породы, причем с одним и тем же фрагментом можно экспериментировать много раз, в отличие от настоящих испытаний. Кроме того, существенно сокращается время обработки информации, неслучайно цифровой керн стал мировым трендом.

Качают кибербаррель

Самые продвинутые с точки зрения использования ИТ в этой области - нефте- и газодобытчики. Программный комплекс "РН-Цифровой керн" разработан Тюменским нефтяным научным центром (структура "Роснефти") совместно с институтом развития "Иннопрактика". Еще один инструмент - система "РН-Лаб". Ее программные модули содержат информацию обо всех процессах изучения керна и пластовых флюидов (смеси пластового газа, пластовой нефти, воды и выпавшего конденсата). По оценке специалистов, внедрение этого софта снизило трудозатраты на лабораторные исследования на четверть.

Для нефтяников главная характеристика породы - связанная пористость. Это свойство определяется с помощью рентгеновской микротомографии и томографии с использованием сфокусированного ионного пучка. На поверхность образца наносится защитный слой платины, выделяется область интереса, получившийся кубик сканируют с помощью двухлучевого электронного микроскопа. Эксперимент проходит в автоматическом режиме, в среднем он занимает от 4 до 12 часов. Срезая с фронтального сечения слои, операторы получают до 500 и более изображений. Дальше их оцифровывают и строят 3D-модель, рассказывает Ярослава Шахова, руководитель центра коллективного пользования "Визуализация высокого разрешения" СколТеха.

Виртуальный промысел

Первые цифровые кернохранилища тоже появились в нефтегазовой промышленности. В частности, "Лукойл" в прошлом году открыл в Перми центр исследований керна и пластовых флюидов емкостью более 300 погонных километров. До конца года завершится пусконаладка роботизированного центра исследования флюидов и керна "Газпром нефти" в Тюмени. На 12 тысячах квадратных метров разместились 16 лабораторий и 160 единиц оборудования для изучения материала разными методами, от томографии до высокоточного микроструктурного анализа и создания цифровых двойников.

Центр показали главе Минэнерго РФ Сергею Цивилеву во время его визита на нефтегазовый форум TNF минувшей осенью. На брифинге министр отметил: создание отраслевых стандартов маркировки и хранения образцов керна, а также оцифровка этих процессов очень важны для развития ТЭК. Виртуальные двойники планируется включить в единый банк данных и сделать доступными для всех участников рынка. Тогда компании, заходя на тот или иной лицензионный участок, смогут быстро принимать решения на основе выводов искусственного интеллекта.

Следующий этап - создание платформы "цифровое месторождение", что особенно актуально при добыче трудноизвлекаемых запасов. Для 20 месторождений уже созданы полномасштабные виртуальные двойники, в частности, Илишевского в Башкирии, имени Малыка в Тюменской области и Новопортовского на Ямале. Они состоят из нескольких модулей: персонал, транспорт, механизированный фонд скважин, ремонты, промбезопасность - и включают в себя средства мониторинга, облачные инструменты, Big Data, ИИ.

Растают на воздухе

К сожалению, хорошо отлаженную в ТЭК технологию нельзя механически перенести в горнодобычу.

- Все нефтегазовые компании работают на единой методологической базе, похожем оборудовании. Логично, что им просто нужна платформа, объединяющая данные. Рудных и нерудных полезных ископаемых, не относящихся к углеводородам, очень много, это разные классы месторождений. Возьмите калийные соли: керн буквально за месяц разрушается от влаги, а есть материалы, на которые сильно влияет материковый лед, - объясняет президент Уральской горнопромышленной ассоциации Алексей Душин.

Одна из задач, которая будет стоять перед цифровым кернохранилищем руд - сформировать общую дешевую и эффективную методологию. Горный университет готов взять на себя роль координатора, поскольку в вузе накоплена аналитическая база по ресурсам, есть специалисты, за последние несколько лет существенно обновлен парк приборов неразрушающего контроля.

В планах - создание мультисканера и портативного сканера в помощь буровикам, чтобы они прямо с месторождения могли передать первичную информацию геологам, а те, глядя на экран, уточняли бы: вот эту пробу поднять наверх, эта пустая и т. д. Мультиприбор использует одновременно оптическое, инфракрасное и магнитное излучения, но пока в России имеются только зарубежные версии.

Сейчас вуз находится на этапе поиска индустриальных партнеров для исследования в рамках специальной части программы "Приоритет-2030".

- Присоединиться можно к любому блоку проекта, от предприятий мы ждем не только софинансирования, но и постановки задач, предоставления материалов для экспериментов, - перечисляет Игорь Власов.

Библиотека минералов

Основные проблемы, которые видят недропользователи при внедрении цифрового керна, - доступ к технологиям, оборудованию и ПО. Например, для инфракрасных спектрометров помимо программы обработки нужны еще и библиотеки минералов. Кроме того, не хватает специалистов на местах, в том числе для поддержания функционирования сложного оборудования.

Российские разработчики пытаются эту нишу занять. В частности, на недавнем форуме-выставке "Рудник. Цифровой промышленный Урал" в Екатеринбурге показали систему для изучения керна в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. Она идентифицирует все виды минералов, анализирует формы рельефа, трещиноватость пород, автоматически ищет слои с однородным составом.

- Это решение в несколько раз упрощает описание керна и создание интерактивной модели пласта. Оно основывается на том, что каждый материал имеет уникальный спектральный коэффициент отражения, - говорит Дмитрий Мотузов, директор компании, создавшей программный комплекс.

Кроме того, посетители могли оценить веб-сервис для автоматизации геотехнического описания керна по фотографии с использованием машинного зрения. Доступ к нему бесплатный, но количество загрузок ограничено. Система оценивает целостность горного массива, его качество, количество трещин на метр, их глубину, происхождение и т. д.

Мнение

Алексей Зубков, директор Уральской геологосъемочной экспедиции:

- Автоматизация работы с керном в горизонте пяти лет неизбежна, поскольку нарастает дефицит кадров. Справиться с ним можно только путем повышения производительности труда. Заказчики геологоразведочных работ, формируя техзадание, не всегда хорошо понимают, что будет с керном дальше. Просят подготовить геологическую документацию и только потом осознают, что нужно еще и выполнить подсчет запасов, - а материал уже весь распилен. Но если он оцифрован, проблемы нет. Конечно, приобрести сканер сможет не каждая сервисная компания, должны быть какие-то хабы, куда можно привезти породу на анализ.