Nghiệm thu cấp Cơ sở đề tài KH&CN cấp NN mã số ĐTKHCN.CNKK.007/21 do PGS.TS Triệu Hùng Trường chủ nhiệm

Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu tổng quát:

Xây dựng được bộ công cụ trí tuệ nhân tạo hỗ trợ quá trình phân tích, liên kết tài liệu địa chất, địa vật lý giếng khoan và số liệu khai thác để nâng cao hiệu quả quản lý, khai thác các mỏ khí condensate Hải Thạch - Mộc Tinh (HT-MT).

Mục tiêu cụ thể:

- Xây dựng được cở sở dữ liệu lớn (với tên gọi là BDPOC Big Data) liên kết tài liệu địa chất, địa vật lý giếng khoan và số liệu khai thác của mỏ khí condensate HT-MT Lô 05-2; 05-3, Biển Đông

- Xây dựng được bộ công cụ trí tuệ nhân tạo (AI) hỗ trợ việc theo dõi, phân tích, dự báo giúp nâng cao hiệu quả quản lý và khai thác mỏ khí condensate HT-MT. Bộ công cụ AI bao gồm 2 modules chính như sau:

• AI quản lý khai thác thông minh theo thời gian thực (Realtime Intelligence Production Management System - RIPMS) có khả năng dự báo chính xác được các thông số phục vụ hoạt động quản lý, vận hành khai thác mỏ như: sản lượng khai thác, đường cong suy giảm áp suất, tỉ lệ sản phẩm condensate gas ratio (CGR), tính chất của chất lưu cho từng giếng, các bất thường của hoạt động sản xuất như hiện tượng ngập nước, xâm nhập cát, ngưng tụ condensate trong vùng cận đáy giếng và thân giếng khai thác (condensate banking)...
• AI tối ưu hóa quá trình vận hành khai thác trên mỏ khí condensate HT-MT dựa trên việc phát triển công cụ AI giúp quản lý hiệu suất, tối ưu hóa hoạt động của thiết bị (Assets Performance Management and Process Optimization) và bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance) cho các thiết bị của hệ thống công nghệ. Việc này giúp tối ưu hóa thời gian vận hành bảo dưỡng; giảm thiểu thời gian sự cố hay đóng giếng không theo kế hoạch; đảm bảo tính an toàn và vận hành liên tục của hệ thống công nghệ và giúp giảm thiểu chi phí vận hành bảo dưỡng thiết bị.

- Xây dựng được luận cứ khoa học để đề xuất áp dụng cho các mỏ dầu khí ở Việt Nam..

Tính mới và sáng tạo:

- Đề tài này xuất phát từ yêu cầu thực tế sản xuất. Thông qua phân tích tình hình nghiên cứu trong nước và thế giới, có đủ cơ sở lý luận và khoa học để khẳng định tính khả thi, tính hiệu quả kinh tế và hiệu quả khai thác khi áp dụng. Trong khi đó, cho đến nay, chưa có một nghiên cứu nào có tính khả thi để áp dụng trong vùng nghiên cứu. Do vậy, đề tài có tính mới và độc đáo.

- Những nội dung nghiên cứu trong đề tài có tính khép kín, từ nghiên cứu lý thuyết đến đến áp dụng trực tiếp trên đối tượng nghiên cứu; được kết hợp bởi nhà trường, doanh nghiệp và đơn vị sản xuất. Nhóm nghiên cứu là kết hợp của các nhà nghiên cứu khoa học có trình độ cao với các nhà quản lý có kinh nghiệm và các kỹ sư giỏi trực tiếp điều hành sản xuất, cũng như chuyển giao các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất. Đây là hướng đi hiện đại và thực tế, là xu hướng khoa học tất yếu trong quá trình phát triển kinh tế đất nước, lấy hiệu quả sản xuất và kinh tế làm thước đo các kết quả nghiên cứu khoa học.

- Trong quá trình khai thác, các số liệu khai thác được sử dụng để cập nhật mô hình thủy động cũng như mô hình địa chất. Mô hình này sẽ dùng để dự báo sản lượng khai thác và cập nhật kế hoạch phát triển mỏ. Do đó, trong vòng đời của một mỏ dầu khí, số lượng tài liệu được khảo sát là rất lớn, hàng trăm Terabyte. Chi phí để thu thập số liệu của mỏ dầu khí, đặc biệt là mỏ ngoài khơi như ở Việt nam, cũng rất lớn, hàng trăm triệu USD. Vì thế, việc nâng cao hiệu quả quản lý, khai thác khối số liệu này là một trong nhưng những trọng tâm nghiên cứu hiện nay của nhiều công ty dầu khí trên thế giới nhằm nâng cao khả năng cạnh tranh. Các nghiên cứu của mỗi công ty đều độc lập, dựa trên số liệu của chính công ty và phục vụ cho mục đích hoạt động của công ty và được bảo mật. Vì thế, việc nhanh chóng nắm bắt xu hướng nghiên cứu này nhằm xây dựng hệ thống phân tích số liệu lớn cho các bồn trũng/mỏ dầu khí ở Việt Nam nói chung và Biển Đông POC luôn có tính mới và sáng tạo.

- Do đối tượng nghiên cứu là các lớp đất đá dưới sâu, các phương pháp khảo sát địa chất, địa vật lý giếng khoan trong dầu khí phần lớn là các phương pháp khảo sát gián tiếp các thông số vật lý vỉa (độ rỗng, độ bão hòa nước và độ thấm) qua các trường vật lý của đất đá. Do tính chất phức tạp của đối tượng nghiên cứu, rất nhiều tổ hợp phương pháp khảo sát và phân tích số liệu đã được phát triển. Nhìn chung chúng đều được phát triển theo hướng xây dựng các mô hình vật lý đơn giản hóa thực tế địa chất, chấp nhận những giả thiết, sai số trong quá trình này. Việc tổ hợp nhiều phương pháp nghiên cứu đòi hỏi khả năng phân tích và tổng hợp số liệu trong nhiều lĩnh vực (địa chấn, địa vật lý giếng khoan, cổ sinh địa tầng, trầm tích...). Do vậy việc đào tạo chuyên gia và quản lý khối tri thức (knowledge management) cũng là một thách thức không nhỏ của các công ty dầu khí.

- Hệ thống trí tuệ nhân tạo lai (HIS) được thiết kế như là tổ hợp của phương pháp học sâu (deep learning), hệ thống tri thức chuyên gia (expert system), vv. Hệ thống TTNT hoạt động như một hệ thống phân tích số liệu, hỗ trợ quyết định trực tuyến sử dụng thông tin từ cơ sở dữ liệu địa chất, địa vật lý giếng khoan và khai thác của các công ty dầu khí để giám sát, chuẩn đoán, phân tích, dự báo. Các phương pháp học sâu giúp AI tự rút ra các đặc trưng của số liệu (pattern) để thực hiện việc dự báo, hệ thống tri thức chuyên gia giúp kiểm soát chất lượng số liệu đầu vào cũng như loại trừ các dự báo thiếu logic. Thay vì mô phỏng hành vi của một đối tượng phức tạp như địa chất của mỏ dầu khí và hệ thống khai thác qua các mô hình vật lý, các phương pháp máy học sẽ học các xu hướng và dự đoán trực tiếp từ một lượng lớn số liệu địa chất, địa vật lý giếng khoan và lịch sử khai thác.

- Hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) được thiết kế như là tổ hợp của phương pháp học sâu (deep learning) và hệ thống tri thức chuyên gia (expert system). AI hoạt động như một hệ thống phân tích số liệu, hỗ trợ quyết định trực tuyến sử dụng thông tin từ cơ sở dữ liệu địa chất, địa vật lý giếng khoan và khai thác của các công ty dầu khí để giám sát, chuẩn đoán, phân tích, dự báo. Các số liệu lịch sử về dữ liệu địa chất, địa vật lý giếng khoan và số liệu khai thác của mỏ khí HT-MT sẽ được nạp vào bộ cơ sở dữ liệu lớn của Biển Đông. Ngoài ra, hệ thống thu gom số liệu trên cơ sở tích hợp các nền tảng đã có của Biển Đông và phù hợp với chuẩn chung của thế giới sẽ liên tục cập nhật các thông số vận hành và khai thác mỏ theo thời gian thực về bộ cơ sở dữ liện lớn. Tại đây, các số liệu trải qua khâu tiền xử lí như phân chia nhóm dữ liệu, tự điền các thông tin bị thiếu, loại bỏ các thông tin trùng lặp..., trước khi được đưa vào để huấn luyện cho bộ công cụ trí tuệ nhân tạo. Ngoài ra, các phương pháp học sâu giúp AI tự rút ra các đặc trưng của số liệu (pattern), chọn lọc dữ liệu để thực hiện việc dự báo, hệ thống tri thức chuyên gia giúp kiểm soát chất lượng số liệu đầu vào. Trên cơ sở bộ dữ liệu lớn từ lịch sử và thời gian thực, công cụ trí tuệ nhân tạo sẽ được huấn luyện và tiến hoá liên tục để có thể đưa ra các dự báo phân tích chính xác và logic hơn. Các bộ công cụ trí tuệ nhân tạo giúp hỗ trợ các kĩ sư điều hành trong công tác theo dõi, phân tích, dự báo và điều chỉnh quá trình khai thác giúp nâng cao hiệu quả quản lý và khai thác mỏ HT-MT. Các công tác như quản lý mỏ, vận hành khai thác và bảo trì bảo dưỡng hệ thống công nghệ xử lí khí condensate có tính liên kết và quan hệ rất cao. Khi có bất kì sự thay đổi hoặc bất thường nào của công tác này sẽ kéo theo việc phải thay đổi, hoạch định và cập nhật cho công tác khác. So với cách làm truyền thống của các kĩ sư điều hành mỏ, ưu điểm của việc áp dụng hệ thống AI là khả năng dễ dàng, nhanh chóng, liên tục cập nhật, sử dụng dữ liệu khai thác theo thời gian thật và đưa ra kết quả phân tích nhanh hơn rất nhiều so với việc cập nhật ngoại tuyến (offline) mô hình địa chất, mô hình khai thác. Vì thế bộ công cụ trí tuệ nhân tạo AI ngoài việc cập nhật theo thời gian thực mô hình mỏ dựa trên bộ dữ liệu lớn, còn giúp hỗ trợ việc lên kế hoạch, điều chỉnh kế hoạch sản xuất, khai thác dựa trên hợp đồng mua bán khí condensate với nhà phân phối, giảm thiểu các rủi ro trong công tác điều hành sản xuất và tối ưu hóa hoạt động thường ngày của một công ty điều hành dầu khí. Đây là hệ thống, phương pháp quản trị mỏ mới, sáng tạo, rất khoa học và mang tính thực tiễn cao.

-  Đề tài nghiên cứu xây dựng bộ công cụ trí tuệ nhân tạo (AI- Artificial Intelligence) để hỗ trợ đánh giá phân tích, liên kết tài liệu địa chất, địa vật lý giếng khoan và số liệu khai thác (theo quy trình xây dựng mô hình địa chất, mô phỏng mỏ hiện hành) để nâng cao hiệu quả quản lý, khai thác mỏ khí condensate theo hướng tiếp cận của khoa học dữ liệu sẽ được tích hợp tất cả các yếu tố nêu trên, do vậy có tính mới và sáng tạo.

 Sản phẩm của đề tài:

Sán phẩm khoa học

- 04 Bài báo đăng trong tạp chí quốc tế thuộc danh mục ISI;

- 02 Bài báo đăng trong tạp chí quốc gia;

Sản phẩm đào tạo

- 02 Cao học;

Sản phẩm ứng dụng

- 01 Bộ cơ sở dữ liệu lớn của Biển Đông Việt Nam (BDPOC) về tài liệu địa chất, địa vật lý giếng khoan và số liệu khai thác của mỏ khí condensate HT-MT, Lô 05-2; 05-3, Biển Đông Việt Nam;

- 01 Bộ công cụ trí tuệ nhân tạo (AI) có thể hỗ trợ quá trình phân tích, liên kết tài liệu địa chất, địa vật lý giếng khoan và số liệu khai thác để nâng cao hiệu quả quản lý, khai thác các mỏ khí condensate HT-MT;

- 01 Báo cáo kết quả thử nghiệm bộ công cụ vào điều kiện một mỏ cụ thể

Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

Hiệu quả

- Trong tương lai gần, chúng ta chỉ còn các mỏ phi truyền thống: mỏ cận biên; mỏ nhỏ, rời rạc, xa bờ, ở tầng sâu, vùng nước sâu, khó khai thác, nhiệt độ cao, áp suất cao… Chi phí đầu tư khai thác dầu khí càng ngày càng lớn. Do vậy, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ tiên tiến, đồng thời vẫn phát duy được cơ sở hạ tầng sẵn có đóng vai trò quan trọng trong việc giảm chi phí và tăng hiệu quả quản lý khai thác các mỏ dầu khí. Đây luôn là một nhu cầu cấp thiết đặt ra trong thực tế sản xuất, đặc biệt là trong điều kiện kinh tế của Việt Nam đang gặp nhiều khó khăn như hiện nay.

- Việc áp dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI- Artificial Intelligence) để hỗ trợ ra quyết định sẽ có ý nghĩa khoa học quan trọng giúp nâng cao hiệu quả quản lý, khai thác mỏ khí condensate, làm giảm đáng kể tỉ trọng chi phi đầu tư trên 1 tấn dầu khai thác quy đổi. Do vậy nhu cầu sử dụng bộ công cụ AI đối với các doanh nghiệp dầu khí là rất lớn.

- Việc triển khai nghiên cứu đề tài giúp tăng cường năng lực nghiên cứu của cán bộ khoa học và các kỹ sư điều hành sản xuất. Sự thành công của đề tài khẳng định khả năng tiến hành và giải quyết các vấn đề khoa học công nghệ cao có ý nghĩa thực tiễn, góp phần đưa trình độ khoa học của Việt Nam tiệm cận với trình độ trong khu vực và trên thế giới.

- Các kết quả nghiên cứu sẽ là một nguồn tài liệu tham khảo tốt cho công tác nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ tại tổ chức chủ trì (Trường Đại học Mỏ - Địa chất) và các cơ sở sản xuất, cơ sở đào tạo đại học và sau đại học, các viện nghiên cứu trong lĩnh vực kĩ thuật dầu khí, cũng như đối với các kĩ sư dầu khí đang trực tiếp điều hành sản xuất.

- Với kết quả nghiên cứu được ứng dụng vào thực tế góp phần hiện đại hóa và nâng cao hiệu quả quản lý và khai thác các mỏ dầu khí; giảm thiểu thời gian và chi phí tự đầu tư nghiên cứu của các công ty dầu khí, góp phần làm tăng hiệu quả đầu tư của các dự án thăm dò và khai thác dầu khí tại Việt Nam; tạo sự phối hợp chặt chẽ và liên thông giữa các cơ sở nghiên cứu, các doanh nghiệp và thực tiễn sản xuất. Đây là một xu hướng tất yếu cho sự phát triển chung của nền kinh tế.

-Sự thành công của đề tài mở ra một hướng mới rất triển vọng, bổ sung một giải pháp nâng cao quản lý, khai thác các mỏ dầu khí rất hiệu quả so với các giải pháp đã thực hiện từ trước đến nay tại các mỏ dầu của Việt Nam, đảm bảo khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên qu‎ý không tái tạo và đảm bảo an ninh năng lượng cho đất nước.

Phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng

- Sản phẩm và kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng trực tiếp trên mỏ HT-MT. Sau đó sẽ được đánh giá tổng thể về công nghệ, thiết bị và hiệu quả kinh tế - xã hội so với trước khi áp dụng. Qua phân tích ở trên cho thấy có đủ cơ sở để khẳng định về khả năng ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào sản xuất kinh doanh đạt hiệu quả cao.         

- Đề tài sẽ được phối hợp thực hiện bởi các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực dầu khí. Chính các doanh nghiệp này sẽ là các đơn vị sử dụng trực tiếp một cách hiệu quả các kết quả nghiên cứu của đề tài.

- Các luận điểm khoa học và nội dung nghiên cứu trong đề tài sẽ được giải quyết trọn vẹn trên cơ sở phân tích các yêu cầu đặt ra trong thực tiễn sản xuất. Các doanh nghiệp trong ngành dầu khí sẽ được mời cộng tác và tham gia trực tiếp vào các nhánh nghiên cứu của đề tài. Do vậy, các kết quả nghiên cứu trong từng nhánh và kết quả nghiên cứu tổng thể sẽ được chuyển giao trực tiếp cho doanh nghiệp quản lý và kinh doanh khai thác dầu khí tại vùng nghiên cứu. Đầu tiên các nhánh đề tài sẽ được kiểm tra, chạy thử, kiểm chứng trên hệ thống phần cứng độc lập. Sau đó, các nhánh đề tài sẽ được chuyển giao và nghiệm thu từng phần nhằm đảm bảo tiến độ của đề tài.

- Đề tài được thực hiện trên cơ sở yêu cầu cấp bách đặt ra từ thực quản lý và khai thác dầu khí tại Việt Nam nói chung và tại mỏ HT-MT nói riêng. Các kết quả nghiên cứu sẽ áp dụng trực tiếp tại các Lô do Công ty điều hành Dầu khí Biển Đông (lô 05-2 và 05-3) điều hành khai thác nhằm tăng hiệu quả quản lý, khai thác, làm cơ sở để áp dụng rộng rãi vào thực tế Việt Nam.