Магистральные трубопроводы – это артерии российской экономики, сложнейший инженерный организм. Протяжённость некоторых из них исчисляется тысячами километров, они проходят через леса, болота, горные хребты и вечную мерзлоту. О том, как современные математические методы и программное обеспечение позволяют увидеть утечку объёмом в пару вёдер на фоне сотен километров трассы, в интервью нашему изданию рассказал директор по развитию ООО «НПА Вира Реалтайм» Сергей Кузьмин.

– Сергей Анатольевич, магистральные трубопроводы традиционно относятся к объектам повышенной опасности. Насколько остро сегодня стоит проблема контроля их целостности в России и какие факторы делают эту задачу нетривиальной даже в XXI веке?

– Безусловно, вопросы промышленной, экологической и экономической безопасности сегодня находятся в приоритете как для государства, так и для эксплуатирующих компаний. Магистральные трубопроводы – это стратегически значимые объекты, обеспечивающие энергетический суверенитет страны. Любое происшествие на них, будь то технологический порыв или акт стороннего вмешательства, грозит не только колоссальными экономическими издержками из-за вынужденной остановки перекачки и потери дорогостоящего продукта, но и тяжёлыми, а иногда даже необратимыми экологическими последствиями для обширных территорий.

Транспортировка нефти и нефтепродуктов, по определению, сопряжена с высокими рисками. Мы говорим о возможном возгорании продукта, опасности термического воздействия открытого огня на инфраструктуру и персонал. Но самое сложное – это токсическое воздействие на окружающую среду при утечках, которое может вывести из строя почвы и водоёмы на десятилетия. Поэтому обеспечение состояния защищённости этих систем от внутренних и внешних угроз – это не просто нормативное требование, а базовая необходимость для устойчивой работы топливно-энергетического комплекса.

Проблема осложняется тем, что утечки – это явление с множеством лиц. В нашей практике и в отраслевых нормативах их принято классифицировать по объёму относительно номинального расхода в трубопроводе. Выделяют малые утечки (до 3–5% от расхода), средние (до 10%) и большие (свыше 10%). Каждый тип требует своих методов обнаружения.

Но самая коварная и труднообнаружимая категория – это так называемые сверхмалые утечки, особенно несанкционированные врезки с целью хищения. Интенсивность криминального отбора может составлять всего от 0,5 до 5 кубометров в час. В процентном соотношении от производительности магистрального нефтепровода это может быть всего 0,1–1%. Фактически это аккуратный «игольный укол» в сложном многокилометровом организме. Классические системы контроля, основанные на простой сходимости балансов, могут просто «не заметить» такое воровство, списав разницу на погрешность многочисленных приборов учёта и влияние изменяющихся режимов перекачки: пусков, остановок, переходных процессов. Именно здесь на сцену выходят современные методы математического моделирования, которые мы и развиваем.
Справка: Программный комплекс «Сириус-СППР», разработанный компанией «НПА Вира Реалтайм», внесён в Единый реестр российского ПО. Представляет собой мощную платформу для непрерывного мониторинга и анализа состояния трубопроводных систем. Он позволяет не только фиксировать факты нарушений, но и прогнозировать развитие режимов работы, помогая диспетчерскому персоналу принимать взвешенные решения в реальном времени.

Четыре метода «пассивной обороны» и их синергия

– Ваша компания предлагает для решения этого комплекса проблем программный комплекс «Сириус-СППР». В чём заключается его уникальность как платформы? Может ли он, подобно системе раннего предупреждения, сигнализировать о надвигающейся катастрофе?

– Называть это предсказанием было бы, наверное, некорректно с инженерной точки зрения. Мы не гадаем на кофейной гуще и не предсказываем точное место будущего разрыва. Наша задача – обнаружить факт нарушения герметичности в момент его возникновения или даже на самой ранней стадии и с высокой точностью указать диспетчеру координаты проблемы. Это критически важно для минимизации потерь продукта и ущерба.

ПК «Сириус-СППР» – это не одна программа, это интегрированная платформа для математического моделирования. Она включает в себя серверную часть, отвечающую за вычисления, клиентские автоматизированные рабочие места (АРМ) для персонала и специализированные расчётные модули. За обнаружение утечек отвечает модуль «Сириус-СППР.СОУ» (система обнаружения утечек). В режиме реального времени с периодичностью в несколько секунд система получает данные с полевого уровня АСУ ТП – показания датчиков давления, объёмного или массового расхода, температуры перекачиваемого продукта.

В арсенале нашего расчётного ядра – четыре основных пассивных метода постоянного контроля. Почему пассивных? Потому что мы не генерируем никаких зондирующих сигналов, не «стучим» по трубе извне, мы просто и внимательно «слушаем» её, анализируя штатные технологические параметры, которые и так собираются для управления процессом.

• Метод анализа профиля давления. Представьте себе график давления вдоль трассы. В нормальном состоянии он имеет плавный, предсказуемый наклон, обусловленный гидравлическим сопротивлением трубы. Как только возникает утечка, в этом месте давление резко падает. Система фиксирует аномальный «провал» на профиле между двумя соседними датчиками и рассчитывает его местоположение.
• Метод материального баланса. Это, пожалуй, самый интуитивно понятный метод. Мы непрерывно сравниваем, сколько продукта (в массовом или приведённом объёмном выражении) вошло в контролируемый участок трубопровода и сколько вышло из него. Если дисбаланс на входе превышает выход сверх допустимого порога, система констатирует: «Потеря есть».
• Метод волны давления. Это самый быстрый метод обнаружения крупных аварий. В момент разрыва трубы происходит мгновенное падение давления. Фронт этого падения, так называемая волна разрежения, распространяется в обе стороны от места аварии со скоростью звука в перекачиваемой среде (порядка 1000 м/с). Замерив время прихода фронта волны на разные датчики давления, расположенные на известном расстоянии друг от друга, можно с очень высокой точностью, вплоть до десятков метров, вычислить координату порыва.

Ключевое достоинство нашей комбинированной системы заключается в синергии этих методов. Мы не полагаемся на один-единственный алгоритм. Используя их совокупно, мы добиваемся высокой достоверности обнаружения и кардинально минимизируем количество ложных срабатываний, которые, как мы знаем, приводят к тому, что диспетчерский персонал перестаёт доверять системе.

– Каковы реальные показатели точности в цифрах? Насколько методу можно доверять при планировании выезда аварийной бригады?

– Характеристики всегда рассчитываются и гарантируются индивидуально для каждого конкретного трубопровода. Однако есть целевые показатели эффективности, которых мы стабильно достигаем на реальных объектах.

В стационарном режиме перекачки порог обнаружения утечки сегодня может составлять всего 0,1% от максимальной производительности трубопровода. Давайте представим себе трубу диаметром 1000 мм, по которой идёт 10 000 кубометров нефти в час. Мы гарантированно увидим потерю объёмом всего 10 кубометров в час. При этом точность определения места утечки в таких условиях составляет ±300 метров. Для бригады, которая выезжает на патрулирование, это означает, что они будут искать повреждение в пределах одного-двух километров, а не прочёсывать десятки километров трассы.

На нестационарных режимах, например при пусках или остановках насосных агрегатов, переключениях задвижек, когда давление и расход постоянно и резко меняются, работать объективно сложнее. Фоновая зашумлённость сигнала выше. Здесь порог обнаружения ожидаемо выше (от 5% от производительности), а точность определения места может составлять до 1000 метров. Но и это позволяет оперативно выслать ремонтную службу на конкретный перегон, оперативно локализовать проблему и принять меры, не останавливая перекачку на тотальную ревизию всего участка.

Охота на «чёрных» нефтяников: искусство находить иголку в стоге сена

– Отдельная головная боль для трубопроводных компаний – криминальные врезки. Насколько сильно «цифра» помогает в борьбе с теми, кто незаконно «подключается» к трубе?

– Врезка – это совершенно особый вид угрозы, качественно отличающийся от аварийного разрыва. Если при гильотинном разрыве происходит лавинообразное, неконтролируемое истечение огромных масс продукта, то врезка – это управляемый отбор. Злоумышленники, рискуя жизнью, вваривают в трубу вентиль и открывают его ровно настолько, чтобы незаметно откачивать продукт в автоцистерну. Это воровство идёт с небольшой, но часто с постоянной интенсивностью. Именно такую утечку сложнее всего обнаружить сугубо автоматическими параметрическими методами, потому что сигнал от неё маскируется под суммарную погрешность цепочки приборов учёта и под естественные технологические шумы.

Поэтому, осознавая запросы рынка, мы пошли дальше простой автоматики. В дополнение к автоматическому детектору мы разработали специализированный, я бы сказал, «ювелирный инструмент» для диспетчерского и аналитического персонала – модуль «Ручная СОУ» (РСОУ).
РСОУ получает данные от SCADA-систем предприятия, но записывает их в собственную высокопроизводительную базу исторических данных, построенную на современных технологиях InfluxDB и PostgreSQL. Мы исключаем любую дополнительную нагрузку на серверный контур управления (SCADA-сервера), тем самым гарантируя, что наш аналитический инструмент никак не повлияет на надёжность и быстродействие критически важных систем управления технологическим процессом.

Интерфейс РСОУ – это рабочее место детектива. Диспетчер может одновременно вывести на экран несколько независимых графиков значений с датчиков давления, температуры и расходомеров как в реальном времени, так и за любой исторический период. Он может накладывать графики друг на друга для поиска корреляций, смещать их по временной оси или по шкале значений, чтобы компенсировать время пробега продукта от одного измерительного пункта до другого.
Термин: СОУ (система обнаружения утечек) – это программно-математический комплекс, предназначенный для автоматического выявления факта и определения места нарушения герметичности трубопровода на основе непрерывного анализа технологических параметров (давления, расхода, температуры) в режиме реального времени.

Физика низких температур и высокая математика: как увидеть невидимое

– Вы упомянули про сложность обнаружения сверхмалых утечек. Сейчас активно внедряются современные ультразвуковые расходомеры. Помогает ли прогресс в измерительной технике решить проблему?

– Тенденция к оснащению трубопроводов высокоточными ультразвуковыми расходомерами действительно есть, и мы её учитываем в своих разработках. Однако даже самые современные накладные ультразвуковые расходомеры имеют погрешность измерений, которая может достигать 1,5–2% от измеряемой величины. Более того, эта погрешность нестабильна и может плыть при изменении режимов работы трубопровода, вязкости продукта или температуры.

Их алгебраическая разница (т.е. рассчитанный дисбаланс) может составлять величину, в несколько раз превышающую объём воровства, который мы хотим обнаружить. Искомая утечка в 0,1% от расхода безнадёжно тонет в этом аппаратурном шуме. Получается, чем точнее приборы, тем сложнее выявить малую утечку без специальной математической обработки.

Чтобы решить эту задачу, наша команда разработала и внедрила в модуль РСОУ специальный «Метод ретроспективного анализа показаний расходомеров». Мы добавили в программное обеспечение интеллектуальные механизмы нормализации исходных данных, которые «выпрямляют» физику процесса и подавляют шум.

1. Механизм неизотермического перерасчёта. Это фундаментальная вещь. Нефть и нефтепродукты, двигаясь по трубе, особенно в холодное время года или в северных широтах, постепенно остывают, отдавая тепло в грунт. Холодная жидкость имеет меньший объём, чем тёплая. Если мы этого не учтём, получим ложный отрицательный баланс просто из-за температурного сжатия потока. Наш модуль автоматически выполняет пересчёт показаний объёмных расходомеров с учётом текущих температур и теплофизических свойств продукта, приводя объёмы на входе и выходе к единым условиям.

2. Механизм калибровки расходомеров относительно друг друга. Пользователь (диспетчер или администратор СОУ) предварительно заполняет таблицу технологических режимов перекачки, характерных для данного трубопровода, и диапазоны производительности для каждого режима. Затем система анализирует историю и автоматически выполняет разметку шкалы времени, т.е. определяет, когда трубопровод работал в каком режиме. Далее выбирается интервал работы в конкретном технологическом режиме с явно стационарным характером перекачки, на котором заведомо отсутствуют какие-либо утечки (например, сразу после плановой ревизии). Для этого интервала система вычисляет среднюю систематическую погрешность между показаниями каждой пары расходомеров. Эта процедура выполняется для всех технологических режимов. В дальнейшем при анализе текущих режимов вычисленные ранее систематические погрешности автоматически вычитаются из разницы показаний. Мы убираем инструментальный фон.

3. Механизм фильтрации методом скользящего среднего. Этот математический фильтр сглаживает высокочастотные случайные колебания измеренных значений, оставляя для анализа чистый, медленный тренд, по которому гораздо легче отследить начало и окончание отбора.
Результаты этой работы очень наглядны. Вот пример из реальных испытаний на действующем нефтепроводе. Без применения калибровки график разницы показаний двух расходомеров хаотично колеблется вокруг нуля с амплитудой около полутора кубометров в час. Мы включаем механизм калибровки по режимам, и этот шум практически полностью исчезает, график превращается в почти идеальную прямую линию. А теперь представьте: на этом чистом, откалиброванном графике мы начинаем имитировать отбор в 1 кубометр в час. На фоне бывшего шума это было не видно. А теперь это чёткое, уверенное отклонение, которое оператор видит невооружённым глазом. Мы не просто улучшили точность, мы вытащили полезный сигнал из-под шумовой завесы. Именно так сегодня можно гарантированно находить врезки, которые ещё вчера считались не обнаруживаемыми техническими средствами.

От теории к промышленной практике

– Есть ли уже успешные примеры внедрения такого подхода на реальных объектах? Какие результаты получены?

– Да, безусловно. Мы провели успешное внедрение программного модуля «Ручная СОУ» в составе головного ПК «Сириус-СППР.СОУ» на магистральном нефтепроводе, эксплуатируемом дочерним обществом ПАО «Транснефть» – ООО «Транснефть–Балтика». Это один из наших ключевых и давних партнёров, предъявляющий самые высокие требования к надёжности и функциональности систем автоматизации.

Результаты опытно-промышленной эксплуатации и последующей штатной работы полностью подтвердили заявленные расчётные характеристики и эффективность наших алгоритмов. Система убедительно показала способность к обнаружению не только крупных аварийных утечек, но и тех самых пресловутых несанкционированных отборов малой интенсивности, которые являются основной целью криминальных групп. Речь идёт о практическом, промышленном подтверждении возможности обнаружения отборов на уровне от 0,1% от максимальной производительности трубопровода. Это выход на принципиально новый уровень чувствительности систем мониторинга. Это позволяет нашим заказчикам не только минимизировать прямые потери дорогостоящей продукции, но и создаёт мощный сдерживающий фактор для потенциальных злоумышленников, которые теперь знают, что их действия не останутся незамеченными.

Технологический суверенитет и развитие

– Ваша компания работает на рынке промышленной автоматизации с 1989 года. Сегодня, в условиях жёсткого курса на импортозамещение, насколько критически важен тот факт, что ваше ПО и компоненты – отечественного происхождения?

– Это не просто важно, это наше огромное конкурентное преимущество и основа стратегии развития. Весь наш флагманский продукт, ПК «Сириус-СППР», внесён в Единый реестр российского программного обеспечения. Это официальный статус, подтверждающий, что решение соответствует всем требованиям регуляторов и может без каких-либо ограничений использоваться на объектах критической информационной инфраструктуры (КИИ) Российской Федерации.

Но мы пошли дальше простого реестра. Мы последовательно развиваемся как разработчик и производитель полного цикла. В октябре 2025 года мы получили лицензии Федеральной службы по техническому и экспортному контролю (ФСТЭК) России сразу на два вида деятельности: на техническую защиту конфиденциальной информации (ТЗКИ) и на разработку и производство средств защиты конфиденциальной информации (СЗКИ). Это значит, что наши компетенции официально признаны на самом высоком уровне в области кибербезопасности промышленных объектов.

Всё это в совокупности формирует уникальное предложение для рынка. Заказчик получает не просто коробочное ПО или набор «железок», а комплексное, надёжное, безопасное и полностью суверенное решение для управления своими активами на всех уровнях. Базовым элементом этого решения стал наш собственный контроллер «Сателлит-Р» – с резервированием ключевых узлов, возможностью масштабирования и внесением в реестр Минпромторга. На нём строится вся экосистема «Сириус-СППР». В текущих геополитических и экономических реалиях это вопрос не престижа, а вопрос национальной безопасности и устойчивости промышленного производства.