Sau những “cú sốc” giá dầu giảm sâu, trữ lượng suy giảm cùng với trách nhiệm đối với biến đổi khí hậu, ngành dầu khí có cơ sở để kỳ vọng chuyển đổi số sẽ giải quyết thách thức này và cải thiện hiệu quả kinh doanh. Bài viết dưới đây sẽ phân tích các sáng kiến chuyển đổi số đã được các công ty dầu khí trên thế giới áp dụng, đồng thời chỉ ra khó khăn và đề xuất giải pháp khuyến nghị cho các doanh nghiệp dầu khí khi thực hiện chuyển đổi số.
1/ Lợi ích của chuyển đổi số
Bên cạnh chuyển dịch năng lượng, chuyển đổi số là xu hướng tất yếu của ngành dầu khí. Từ những năm 1980, các công ty dầu khí đã bắt đầu áp dụng công nghệ số nhằm tập trung hiểu rõ về một mỏ dầu khí và tiềm năng khai thác, cải thiện sức khỏe và an toàn cho người lao động cũng như cải thiện lợi nhuận tại các nhà máy lọc dầu trên toàn thế giới.
Theo phân tích của Diễn đàn Kinh tế Thế giới (World Economic Forum) trong giai đoạn 2016 – 2025, chuyển đổi số có thể tạo ra khoảng 1.000 tỷ USD cho các công ty dầu khí và đóng góp khoảng 640 tỷ USD cho xã hội. Điều này bao gồm 170 tỷ USD tiết kiệm cho khách hàng, 10 tỷ USD cải thiện năng suất, 30 tỷ USD từ việc giảm sử dụng nước và 430 tỷ USD từ việc giảm khí thải. Lợi ích về môi trường bao gồm giảm khí thải khoảng 1.300 triệu tấn khí CO2, tiết kiệm xấp xỉ 800 triệu gallon nước và tránh tràn dầu tương đương 230.000 thùng dầu.
Chuyển đổi số là sự thay đổi chiến lược và mang tính đột phá, sử dụng hợp lý các công nghệ số để cải thiện quy trình, tối ưu hóa mô hình kinh doanh và nâng cao hiệu quả hoạt động của doanh nghiệp. Mặc dù chuyển đổi số không phải “liều thuốc trị bách bệnh” cho mọi thách thức mà ngành công nghiệp dầu khí đang phải đối mặt, song chắc chắn có thể giúp thúc đẩy tăng trưởng đáng kể.
Thứ nhất: Mở ra cơ hội kinh doanh mới: Các công nghệ số giúp doanh nghiệp có tầm nhìn vượt qua giới hạn địa lý cũng như những sản phẩm/dịch vụ và hoạt động bị đóng khung từ trước đến nay, để thấy được các cơ hội và đáp ứng các nhu cầu mới.
Thứ hai: Tăng khả năng sinh lời từ vốn: Các công nghệ số như kỹ thuật tính toán tiên tiến (advanced computing techniques) dùng trong lập mô hình mỏ dầu (reservoir modeling), hình ảnh địa chấn 3D (3D seismic imaging) cũng như tiến bộ trong khoan (drilling) đã giúp nhà sản xuất khai thác dầu từ khu vực nước sâu… Do đó, việc tăng tiêu chuẩn thiết kế, quy trình và thiết bị cùng với công nghệ số đang cải thiện hoạt động sản xuất và loại bỏ sự kém hiệu quả trong chuỗi giá trị của ngành công nghiệp dầu khí.
Thứ ba: Nâng cao hiệu quả hoạt động: Các công ty năng lượng có thể cải thiện tỷ suất lợi nhuận và giảm chi phí thông qua việc sử dụng công nghệ thông minh, đặc biệt để quản lý tài sản dự đoán (predictive asset management), bảo trì thông minh (smart maintenance), tự động hóa quy trình làm việc (workflow automation), giám sát thời gian thực (real-time monitoring) và sử dụng nhân tài (talent utilization). Các công nghệ này tác động trực tiếp đến việc thúc đẩy hiệu quả hoạt động của doanh nghiệp.
Thứ tư: Quản lý lực lượng lao động đang già đi: Việc số hóa kiến thức, các quy trình và trải nghiệm giúp lưu trữ tri thức của nhân viên và giảm sự phụ thuộc vào trí nhớ của con người. Hơn nữa, các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI) và internet vạn vật (IoT) có thể lưu trữ dữ liệu hoạt động của các dự án. Bằng cách này, thế hệ tiếp theo sẽ có sẵn kiến thức được đúc kết từ kinh nghiệm của thế hệ đi trước để định hướng cho các hoạt động sau này.
Thứ năm: Giảm chi phí an toàn: Công nghệ số cho phép sử dụng rô bốt và máy bay không người lái thay vì nhân công để kiểm tra và phát hiện vấn đề ở các khu vực xa xôi, nguy hiểm và không thể tiếp cận. Để rô bốt thực hiện các nghiệp vụ lặp đi lặp lại như giám sát liên tục sẽ chính xác và hiệu quả hơn con người rất nhiều. Bên cạnh đó, sử dụng các cảm biến IoT có thể đưa ra các cảnh báo kịp thời khi có sự cố và giúp các theo dõi vị trí của nhân viên.
Thứ sáu: Phản ứng nhanh trước biến động của thị trường: Sự nhanh chóng và linh hoạt là điểm cốt lõi của chuyển đổi số. Các công cụ kỹ thuật số không chỉ giúp rút ngắn thời gian phản ứng sự cố mà còn lập kế hoạch và ứng phó hiệu quả với sự thay đổi của thị trường [1].
2/ Xu hướng chuyển đổi số trong ngành dầu khí
Đầu tư cho chuyển đổi số:
Kết quả khảo sát 255 lãnh đạo lĩnh vực thượng nguồn ở 47 quốc gia của Accenture PLC cho thấy năm 2019, gần 72% (so với 71% trong năm 2017) lãnh đạo có kế hoạch tăng đầu tư cho công nghệ số. Đồng thời có 47% lãnh đạo (tăng từ 39% trong năm 2017) xác nhận doanh nghiệp sẽ gặp rủi ro rất lớn (thiếu ưu thế cạnh tranh) nếu không đầu tư vào công nghệ số. Hình 1 là kết quả khảo sát các công ty dầu khí đã và dự kiến đầu tư vào công nghệ số trong 5 năm tới.
Hình 1 cho thấy các công ty dầu khí đầu tư nhất vào thiết bị di động trong năm 2016 (57%), trong khi 5 năm tới, dữ liệu lớn/phân tích là xu hướng sẽ được đầu tư nhiều nhất (38%). Thiết bị di động cho phép giám sát dữ liệu thông qua phầm mềm chuyên dụng, và có tác động tích cực đến sức khỏe, an toàn và môi trường (HSE). Dữ liệu lớn được quan tâm nhiều trong thời gian tới vì chi phí ngày càng rẻ hơn cùng khả năng tính toán cao hơn. Các giàn khoan ngoài khơi hiện đại có khoảng 80.000 cảm biến có thể tạo ra 15 triệu gigabyte dữ liệu nhằm cải thiện hoạt động khoan, nâng cao hệ số thu hồi dầu (EOR)… [1].
Các sáng kiến chuyển đổi số:
Theo Diễn đàn Kinh tế Thế giới, các sáng kiến chuyển đổi số đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển của ngành dầu khí trong giai đoạn 2016 – 2025 (Hình 2) [1].
Quản lý vòng đời dự án bằng kỹ thuật số:
Trong tương lai, có thể theo dõi toàn bộ vòng đời dự án bằng kỹ thuật số, từ thiết kế đến hoạt động; thu thập và phân tích dữ liệu ở từng bước; rút ra bài học cho các thiết kế sau này. Ba sáng kiến dưới đây được xác định là trọng tâm của chuyển đổi số trong ngành dầu khí trong thập kỷ tới.
1/ Kỷ nguyên mới của tự động hóa: Kỷ nguyên sử dụng rô bốt, máy bay không người lái, phát triển các hoạt động tự động và từ xa. Công nghiệp 4.0 (IIoT) là công nghệ nổi bật, giúp kết nối các hoạt động đầu cuối trong toàn bộ vòng đời của dự án.
Ví dụ, ở khâu thượng nguồn, các cảm biến được kết nối có thể đo độ đầy của các bồn chứa dầu khí, kích hoạt van xả tự động và gợi ý lộ trình vận chuyển chất lỏng tự động theo tuyến đường tối ưu nhất. Cùng với đó là các trung tâm điều hành từ xa để kiểm soát hoạt động và ra quyết định. Tự động hóa giúp giảm công việc thủ công và có nguy cơ gây nguy hiểm cho con người. Điều này giúp giảm rủi ro cũng như hạn chế xảy ra các sự cố HSE, giảm chi phí sản xuất, cải thiện độ chính xác, tính hiệu quả trong vận hành… BP đã hợp tác với Silicon Microgravity (Anh) phát triển siêu cảm biến để tối ưu hóa sản lượng của các mỏ dầu, giúp cải thiện công suất khai thác của các mỏ dầu lên đến 2%.
2/ Phân tích và mô hình hóa: Công nghệ này cho phép đưa ra nhanh chóng và tự động các mô hình phân tích (như mô hình mỏ, kế hoạch khoan, hồ sơ sản xuất) với độ chính xác và thời gian nhanh chóng, ngay cả với khối lượng dữ liệu rất lớn. Học máy (machine learning) giúp khám phá các nguồn năng lượng mới, dự báo sự cố của các cảm biến trong nhà máy lọc dầu, tối ưu hóa các thông số của các giếng dầu còn trữ lượng thấp để giúp sản xuất hiệu quả hơn và tiết giảm chi phí.
Đầu năm 2020, Pertamina (Indonesia) hợp tác với Halliburton triển khai toàn bộ các ứng dụng kỹ thuật dầu khí trên nền tảng công nghệ đám mây Landmark iEnergy – được thiết kế theo yêu cầu để quản lý các hoạt động điều hành thăm dò khai thác. Với hợp đồng này, Halliburton sẽ triển khai các dịch vụ công nghệ trí tuệ nhân tạo, học máy, phân tích dữ liệu và các dịch vụ số hóa khác để hỗ trợ cho công tác chuyển đổi số của Pertmina, giúp cải thiện quy trình thăm dò khai thác, nâng cao hiệu suất khoan, tăng cường khả năng ra quyết định và gia tăng sản lượng khai thác [2].
3/ Công nhân được kết nối: Công nhân được cung cấp thiết bị kết nối dữ liệu để thực hiện công việc của mình an toàn và hiệu quả nhất. Dự báo vào năm 2025, công nhân được kết nối ở khâu thượng nguồn và hạ nguồn có năng suất lao động cao hơn 15% so với những công nhân không được kết nối. Sáng kiến này có thể tạo ra 40 tỷ USD cho khâu hạ nguồn nhưng cũng dẫn đến sự thay thế 44.000 việc làm ở khâu này.
Schlumberger hợp tác với Parsable (Mỹ) tạo ra kính thông minh cung cấp thông tin theo thời gian thực cho người lao động về các chỉ số cần đo đạc (sức gió, lượng mưa, thủy triều…), danh sách cần kiểm tra, hàng tồn kho, video quy trình từng bước.
Vòng tròn hệ sinh thái hợp tác:
Nền tảng kỹ thuật số cho phép các công ty dầu khí kết nối tốt hơn với nhà cung cấp, khách hàng và xã hội. Hai sáng kiến quan trọng của nền tảng kỹ thuật số chung trong toàn ngành gồm Chia sẻ thông tin kỹ thuật số, hoạt động minh bạch (sử dụng công nghệ chuỗi khối blockchains và hợp đồng thông minh) và cân bằng cung – cầu theo thời gian thực (thông qua in 3D).
1/ Chia sẻ thông tin kỹ thuật số và hoạt động minh bạch thông qua blockchains và hợp đồng thông minh: Blockchains là cơ sở dữ liệu với sự tham gia của nhiều bên (node) cho phép ghi lại, sao chép và so sánh nhiều bản sao của các giao dịch được mã hóa (Hình 3).
ING (Hà Lan) đã hợp tác cùng Mercuria nhằm cải thiện hiệu quả lĩnh vực tài trợ thương mại vốn vẫn còn truyền thống (các quy trình phần lớn dựa trên giấy tờ) bằng việc sử dụng công nghệ blockchains hay sổ cái phân tán (distributed ledger technology). Điều này cho phép người bán nhận được tiền nhanh hơn, người mua nhận được hàng hóa sớm hơn, giảm thiểu rủi ro và giảm chi phí hoạt động.
2/ Cân bằng cung – cầu theo thời gian thực (thông qua in 3D): In 3D là quy trình tạo ra các vật thể 3 chiều bằng cách xếp từng lớp với nhau. Công nghệ có thể mang lại lợi ích to lớn cho ngành dầu khí.
Ở khâu thượng nguồn, in 3D cho phép tối ưu hóa chuỗi cung ứng: Thay đổi điểm sản xuất, giảm chi phí hàng tồn kho, giảm thời gian cần thiết từ khi sản phẩm được hoàn thành đến khi được giao cho khách hàng (delivery lead time), cho phép sản xuất theo yêu cầu ngay tại công trường…
Ở khâu trung nguồn, ước tính các công ty có khả năng in được 50% phụ tùng thay thế, giúp giảm 15% chi phí sửa chữa, bảo dưỡng.
Khâu hạ nguồn có thể tạo ra các dòng doanh thu mới bằng việc cung cấp nguyên liệu (chất dẻo, bột hóa học) làm “mực” để in 3D.
Những lợi ích chung của công nghệ này là giảm đáng kể thời gian nghiên cứu và phát triển, đáp ứng nhanh hơn nhu cầu, giảm thời gian, chi phí vận chuyển, và khí thải CO2.
Shell đã sử dụng máy in 3D tạo ra mô hình nguyên mẫu (prototype) trạm khoan sâu nhất thế giới: Trạm dầu khí Stones ở vịnh Mexico bằng nhựa chỉ trong 4 tuần. Điều này giúp Shell cải tiến các chi tiết cũng như đưa ra trình tự lắp ráp hiệu quả cho chiếc phao thật. Shell cũng tiết kiệm 40 triệu USD nhờ phát hiện các sai sót trong thiết kế từ giai đoạn đầu.
3/ Khuyến nghị cho các công ty dầu khí khi tiến hành chuyển đổi số
Thực tế cho thấy, đầu tư vào chuyển đổi số đối với các công ty dầu khí không phải việc dễ dàng vì cơ sở hạ tầng lớn, chi phí đầu tư không nhỏ, chưa kể việc số hóa chưa chắc đã đem lại lợi ích như kỳ vọng. Nghiên cứu của PwC chỉ ra 4 thách thức chính cùng với các khuyến nghị đối với các công ty dầu khí trước nhu cầu chuyển đổi [3]:
Các ưu tiên kinh doanh:
Có 2 vấn đề khiến các doanh nghiệp dầu khí chưa đặt chuyển đổi số trở thành ưu tiên kinh doanh, đó là (1) chưa nắm được yêu cầu của khách hàng để coi đó là vấn đề cần giải quyết và (2) không chắc chắn về lợi nhuận khi đầu tư vào số hóa. Các hoạt động nên được ưu tiên khi thúc đẩy số hóa gồm:
1/ Nâng cao khả năng đánh giá hoạt động ngầm (subsurface) trong thăm dò cũng như tiến hành thực hiện. Ví dụ: Kết hợp trí tuệ nhân tạo (Al)/machine learning, phân tích dữ liệu lớn, sử dụng siêu máy tính và các nền tảng đám mây để thúc đẩy việc phân tích dữ liệu địa chấn và các mô hình mỏ dầu khí.
2/ Cải thiện hoạt động sản xuất và bảo trì thông qua số hóa quy trình, giúp lập kế hoạch kinh doanh tích hợp (intergrated business planning), điều độ sản xuất (manufacturing scheduling) và lập kế hoạch bảo trì.
Ví dụ: Sử dụng trí tuệ nhân tạo (Al)/machine learning, phân tích dữ liệu lớn, và các nền tảng đám mây trong hệ thống điều hành sản xuất (manufacturing execution system) nhằm vận hành hệ thống điều khiển phân tán (distributed control system) và hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp (enterprise resource planning). Hệ thống toàn diện này có thể tối ưu hóa chuỗi giá trị, hoạt động và quản lý của khâu thượng và hạ nguồn.
3/ Phát triển chuỗi cung ứng tích hợp các quy trình đầu cuối và quy trình làm việc để giảm thời gian chu kỳ – lượng thời gian cần thiết để sản xuất một sản phẩm/dịch vụ (cycle time) và nâng cao quản lý hàng tồn kho.
Ví dụ: Sử dụng công nghệ số để cải thiện hoạt động bổ sung đơn hàng (smart replenishment), minh bạch việc vận chuyển hàng (shipment transparency)…
4/ Giảm sự tiếp cận của con người với các hoạt động nguy hiểm, cải thiện quản rủi ro, giám sát khí thải và đáp ứng các mục tiêu về sức khỏe, an toàn, an ninh, môi trường (HSSE).
Ví dụ: Áp dụng công nghệ tự động như: Rô bốt, máy bay không người lái (drones), bản sao kỹ thuật số (digital twin)… hỗ trợ con người trong vận hành, cảnh báo các điều kiện không an toàn, ứng phó khẩn cấp, giảm tiếp xúc của con người với các điều kiện nguy hiểm…
Năng lực nền tảng:
Nhân tài kỹ thuật số chỉ là một trong những năng lực nền tảng của chuyển đổi số. Các năng lực nền tảng khác bao gồm:
1/ Kiến trúc công nghệ: Các công ty nên đánh giá liệu cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin hiện có của họ có phù hợp để ứng dụng kỹ thuật số và cách thức làm việc mới hay không. Trong một số trường hợp, các công ty sẽ cần phải thay thế hoàn toàn các hệ thống cũ hoặc giải pháp mới có thể sử dụng phần cứng hiện có.
2/ Quản lý dữ liệu và quản trị dữ liệu: Quản lý dữ liệu đề cập đến việc quản lý vòng đời dữ liệu đầy đủ của một tổ chức. Quản trị dữ liệu là thành phần cốt lõi của quản lý dữ liệu, liên kết các lĩnh vực khác như chất lượng dữ liệu, quản lý dữ liệu tham chiếu và dữ liệu gốc, bảo mật dữ liệu, hoạt động cơ sở dữ liệu, quản lý siêu dữ liệu và lưu trữ dữ liệu [4].
3/ Quan hệ đối tác và liên minh công nghệ: Điều này sẽ giúp đẩy nhanh quá trình số hóa khi các công ty dầu khí cần nâng cấp năng lực kỹ thuật số. Tuy nhiên, cần cân bằng giữa việc bảo vệ dữ liệu và các giải pháp độc quyền với sự phát triển các giải pháp mở và chia sẻ.
Mô hình hoạt động kỹ thuật số:
Các doanh nghiệp đi đầu trong chuyển đổi số sẽ thiết lập các mô hình kỹ thuật số, do Giám đốc kỹ thuật số (Chief Digital Officer) điều hành, giám sát việc thực hiện thành công các sáng kiến và lộ trình kỹ thuật số quy mô lớn. Các công ty cần thiết lập:
1/ Một bộ phận do Giám đốc kỹ thuật số đứng đầu và các chuyên gia đại diện cho từng đơn vị/bộ phận.
2/ Mô hình quản trị kỹ thuật số rõ ràng, với các quy trình cụ thể và trách nhiệm giải trình.
3/ Quy trình ươm tạo các sáng kiến và doanh nghiệp kỹ thuật số mới.
4/ Chương trình nâng cao năng lực kỹ thuật số.
5/ Kế hoạch quản lý các quan hệ đối tác công nghệ.
6/ Chương trình nâng cao kiến thức trong toàn doanh nghiệp.
Văn hóa linh hoạt:
Trở ngại lớn đối với chuyển đổi số còn có: Sự cộng tác không chặt chẽ, khả năng chịu đựng thất bại thấp (rất cần thiết cho việc thử nghiệm các công nghệ và ứng dụng mới), hạn chế trao quyền cho nhân viên và thiếu chia sẻ kiến thức. Nói cách khác là thiếu “văn hóa linh hoạt” (agile culture). Các công ty có văn hóa này có thể áp dụng các giải pháp sáng tạo cho những thách thức bên trong và bên ngoài dễ dàng hơn, đồng thời cũng có thể nhanh chóng thay đổi hướng đi nếu điều kiện thay đổi.
Khi chấp nhận văn hóa linh hoạt, các doanh nghiệp cần xác định và trao quyền cho các nhóm liên chức năng, để giải quyết các thách thức cụ thể. Mục tiêu cuối cùng là triển khai giải pháp trên quy mô lớn, nhưng nếu ý tưởng không thành công, các nhóm này có thể loại bỏ kế hoạch và bắt đầu lại từ đầu.
4/ Kết luận
Ngành dầu khí đang phải đối mặt với thách thức lớn như: Giá dầu biến động mạnh, các vấn đề về môi trường, trữ lượng suy giảm, khó khăn liên quan đến lực lượng lao động và sự an toàn. Chuyển đổi số có thể giải quyết các thách thức này và cải thiện hiệu quả hoạt động. Doanh nghiệp dầu khí cần hiểu rõ các công nghệ số (như IoT, blockchains, AI, học máy…) có thể áp dụng trong chuỗi giá trị của các khâu thượng nguồn, trung nguồn và hạ nguồn; từ đó xác định được tầm nhìn, chiến lược cụ thể và có sự cam kết từ quản lý cấp cao. Điều này giúp doanh nghiệp vực dậy hoạt động kinh doanh trong kỷ nguyên số khi mà các thói quen và lối mòn trong quá khứ đã và đang bị thay thế bởi tự động và số hóa.
