Класс системы управления производственными фондами: цифровые месторождения.

Информационные технологии на современном месторождении.

Наиболее актуальной в настоящее время является задача обеспечивания производственных служб нефтегазодобывающих компаний полной, точной и своевременной информацией о ходе технологических процессов в режиме "реального времени". собственно, актуальной та проблема была всегда, но только сейчас та задача оказалась реализуемой, и теперь уж - как неотъемлемая часть идеологии "интелектуального месторождения".

Определение "интеллектуальная скважина" .

Кстати, впервые термин "интеллектуальная скважина" был предложен профессором РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, доктором технических наук Валерием Владимировичем Кульчицким. Именно он впервые в СССР создал технологию проводки наклонно направленных и горизонтальных скважин, оснащенных отечественными бескабельными забойными телеметрическими системами с электромагнитным каналом связи. Шли годы, и хотя это понятие прочно укоренилось в терминологии специалистов нефтегазовой отрасли, до сих пор споры вокруг него не утихают. В переводе с латинского "интеллект" означает "познание, понимание, рассудок". Существует аналогичный термин, предложенный зарубежными специалистами и употребляемый довольно часто, smartwell (умная скважина). Что же подразумевают под этими определениями специалисты современного нефтегазового дела? Какие компании достигли успехов в области разработки и внедрения технологий и оборудования, связанных с "интеллектуальными скважинами"?

А.Н. Лопухов, инженер по разработке месторождений ОАО "Самотлонефтегаз" (г. Нижневартовск): " Интеллектуальная скважина" - это скважина, которая работает самостоятельно исходя из режима, заданного гидродинамической или технологической моделью (наземной инфраструктурой), и способна самостоятельно подстраиваться под изменяющиеся условия системы (если это действующая эксплуатационная скважина)".

В.В. Кульчицкий, исполнительный директор НТО нефтяников и газовиков им. акад. И.М. Губкина, профессор, д.т.н.,академик РАЕН, зам. заведующего кафедрой бурения нефтяных и газовых скважин РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина : "Под "интеллектуальными скважинами" неверно понимаются технико-технические решения в области автоматизации и телемеханизации процессов нефтегазодобычи”.

А.В. Ильин, заместитель главного конструктора ЗАО "Электон" (г. Радужный): "Интеллектуальная скважина" - это комплекс оборудования, который работает в автоматическом режиме”.

Интеллектуальное месторождение – класс систем управления активами (производственными фондами) нефтедобывающих предприятий, построенных на базе формализованной, интегральной модели актива, обрабатываемой автоматизированной системой управления, гарантирующей оптимальное управление на всех уровнях предприятия при контроле целей задаваемых владельцами актива.

Термин основан на понятии интеллектуального управления. Аналогом данного термина являются Цифровое нефтяное месторождение (Digital Oil Field), интегрированное управление операциями (Integrated Operation) на месторождении. Частным понятием данного термина является — интеллектуальная скважина.

Необходимыми условиями существования интеллектуального месторождения является:

• формализованность информационной модели месторождения;

• аппарат управления;

• максимально точные интерфейсы обратной связи (датчики, связь);

• интерфейсы для оптимизации процессов, моделей и критериев.

Хотя пока еще не устоявшегося термина "интелектуальное месторождение", но последние годы крупные российские нефтяные компании предпринимают определенные шаги в том направлении, формируя перспективные планы и реализуя "пилотные проекты".

Применение.

Компоненты и оборудование для работы “интеллектуальных” скважин с большим успехом применялись в различных регионах мира, включая США, Северное море, Западную Африку, Ближний Восток, Бруней и Австралию.

С 2008 года то направление развивается в "Салым Петролеум Девелопмент". В 2009 году работы начались в ОАО "Татнефть". В 2010 году в "Роснефти" на базе "РН - Юганскнефтегаз" стартовал пилотный проект. В 2010 году "ТНК - ВР" на базе "Самотлорнефтегаз" реализован начальный тап внедрения ALPS.

В чем особенность такого подхода к разработке месторождения? Разные нефтяные компании по-разному видят работу по применению современных методов автоматизации производства. Однако несмотря на разницу технологий и сообенности реализации, суть одна - реинжиниринг производства, направленный на ффективное применение современных информационных технологий. Если раньше основной упор в автоматизации был на техническое оснащение, то сейчас не менееочевидно, что необходима вдумчивая и кропотливая рабоат по поиску наиболее ффективных средств и методов автоматизации, и, как следствие - внедрение новых принципов работы.

Обобщая современные подходы к "интеллектуальному месторождению", можно так определить набор технологий, обеспечивающих необходимую функциональность:

1. Оборудование добывающих скважин системами измерения среды на забое скважины;

2. Оборудование добывающих скважин насосными установками, обеспечивающих полнофункциональный дистанционный контроль параметров и управление установкой;

3. Оборудование скважин приборами контроля устьевых параметров;

4. Системы измерения дебыита скважин;

5. Технологическая сеть передачи данных;

6. Системы сбора и обработки информации реального времени;

7. Системы комплексного анализа информации;

8. Системы моделирования и прогнозирования процессов.

Сами по себе ти технологии существуют давно. Однако ключевая задача при построении интелелктуального месторождения - полноценная интеграция, создание условий для сотрудничества разных бизнес - подразделений в реальном времени с доступом к полным массивам информации, интегрированным инструментам и кспертным консультациям. И в этом главную роль играют современные ИТ-решения, позволяющие обеспечить сбор данных и управление ими в реальном времени в целях более точного и быстрого принятия решений. То, на что раньше требовались дни, месяцы и даже годы, сейчас возможно реализовать за минуты и часы.

Технология “интеллектуальной” скважины и “интеллектуальной” разработки залежи.

Скважина со стандартным набором оборудования включает такие компоненты, как задвижки для регулирования поступления пластовых жидкости на устье, сетчатые или гравийные фильтры для предотвращения попадания песка в скважину, различные трубные соединения и пакеры, которые необходимы для обеспечения целостности скважины на протяжении всего срока ее эксплуатации. Однако, в скважинах со стандартным набором оборудования отсутствует возможность адекватного реагирования на изменение внутрискважинных условий, а разделение добываемой жидкости на отдельные фазы (нефть, газ и вода) происходит уже после ее поступление на устье.

Технология “интеллектуальной” скважины обеспечивает возможность соответствующего реагирования на изменение условий в скважине. Внедрение этой технологии ознаменовало собой новый этап в эволюции процесса эксплуатации скважин, который уже приносит существенные выгоды.

“Интеллектуальными” скважины и процесс эксплуатации месторождения делает не сама по себе новая технология, а новаторское сочетание существующих передовых технологий, включая беспроводную передачу данных, дистанционные датчики, механизмы дистанционного контроля и робототехники. В памяти контроллера фиксируются параметры работы насосной установки и станции управления, которые для удобства анализа работы оборудования могут быть представлены в табличном или графическом виде. Кроме того, разработано программное обеспечение, позволяющее создавать на основе фиксируемых параметров различные базы данных.

Дистанционные датчики обеспечивают в реальном времени картину того, что происходит в скважине. Максимальный эффект от работы скважинных датчиков достигается благодаря использованию систем управления, позволяющих выполнять те или иные действия при изменении условий внутри скважины. Можно управлять работой скважинных клапанов, регулируя поток жидкости или останавливая добычу из одного горизонта и увеличивая ее из другого. Установка в скважине специальных устройств, таких как гидроциклоны, позволяет производить дегазирование жидкости непосредственно в скважине.

В “интеллектуальных” скважинах существует возможность использовать газ, добываемый с одного горизонта, для закачки в нефтеносный горизонт с целью поддержания пластового давления, без необходимости предварительной подачи газа на устье. При этом могут использоваться механизмы управления различной сложности. Операторы добычи имеют возможность реагировать на поступающую из скважины информацию и управлять внутрискважинными устройствами вручную или с пульта управления, подключенного к компьютерам, посылая управляющие сигналы к внутрискважинному оборудованию. Самые сложные системы позволяют осуществлять автоматическое управление работой скважин на всем месторождении. При этом, устройства непосредственно реагируют на изменение условий в скважине без необходимости вмешательства оператора.

Роль специализированного программного обеспечения.

Необходимыми условиями существования интеллектуального месторождения является:

• формализованность информационной модели месторождения;

• аппарат управления;

• максимально точные интерфейсы обратной связи (датчики, связь);

• интерфейсы для оптимизации процессов, моделей и критериев.

Для обеспечения целостности управления месторождением, интегральная информационная модель актива должна включать объединить все аспекты представления знаний об активе, включая:

• Геологическая модель

• Географическая модель

• Технологическая модель

• Модель цепочек поставок

• Экономическая модель

• Финансовая модель

• Политическая модель

В результате, специализированное программное обеспечение%

• способно в 3D компьютерной модели комплексировать набор непрерывно поступающих данных от интеллектуальных датчиков на скважинах и промыслах;

• осуществляет автоматизированную адаптацию 3D геолого-математической модели к всей совокупности фактических данных;

• позволяет снижать риски геологической неопределенности строения нефтяного или газового месторождения.

Эффективность применения.

Интеллектуальное месторождение включает в себя несколько контуров управления:

Операционный контур обеспечивает контроль над эффективностью процессов управления операциями на месторождение (добыча, контроль и управление режимами работы и состояния оборудования, вспомогательные процессы и т.д.);

Моделирующий контур - обеспечивает динамическое развитие модели управления при изменяющихся внешних (контектс) и внутренних (контент) условиях.

Какой эффект ожидается получить от использования технологии и насколько рентабельна концепция, например, «умных месторождений»?

1. Оптимизация добычи. Системы умных месторождений позволяет получать самую детальную информацию о работе скважины, в том числе о состояния коллектора. На основе детального анализа получаемой информации мы создаем на каждой скважине такие условия нефтедобычи, какие оптимально подходят для ее полноценной эксплуатации. Таким образом, повышается нефтеотдача пласта, а также темпы добычи.

2. Сокращение затрат. Во многом это связано с автоматизацией производства при внедрении системы «умных месторождений». У дежурного оператора теперь нет необходимости посещать кустовые площадки, он получает все необходимые данные в режиме реального времени прямо на компьютер. Таким образом, он меньше подвергается риску и имеет больше времени для качественного выполнения других важных производственных задач.

3.Создание атмосферы общей совместной работы, поскольку люди, работающие в любом офисе компании, имеют доступ к той же информации в реальном времени, что и персонал на месторождении. Эту улучшает работу всей команды и расширяет наши возможности по оптимизации производственных процессов.

4. Необходимость срочно наладить эффективную систему научного сопровождения производственных технологий, особенно с использований методов искусственного интеллекта.

5. Экономический эффект. Эффекты от построения интеллектуального месторождения можно условно разделить на краткосрочные, среднесрочные и долгосрочные.

• К краткосрочным эффектам относятся все эффекты, связанные со снижением затрат на содержание оборудования за счет предупреждения его выхода из строя, снижения затрат на инфраструктуру за счет оптимизации использования трубопроводной инфраструктуры с целью предотвращения гидроударов и т.п.

• К среднесрочным эффектам относится оптимизация за счет использования информации из интегрированной модели системы пласт-скважина - наземная инфраструктура. Эффекты достигаются, например, за счет оптимизации управления заводнением.

• Долгосрочные эффекты связаны с долгосрочной оптимизацией плана разработки месторождения и оптимизации управления активами. Решения принимаются на основании долгосрочного моделирования работы системы пласт-скважина -наземная инфраструктура.

Очевидно, что внедрение концепции интеллектуальное месторождение существенно повышает требования к данным, а следственно и к оборудованию.

В первую очередь, это требования к надежности данных – информация должна предоставляться с высокой достоверностью, максимальной оперативностью, причем данные должны содержать признак - корректные они или нет.

Возникают жесткие требования к сопоставимости данных – множество решений по управлению месторождением основывается на сопоставлении данных об одних и тех же процессах из разных источников.

Выполнение этих требований является необходимым и позволяет использовать их в качестве базы для принятия решений.

Следующие требования – к наличию систем удаленного управления, так как принятые на основе качественных данных решения необходимо максимально быстро реализовывать. Эффект от использования данных систем выражается в повышении скорости реакции. Примером может быть системы удаленного управления парком электроцентробежных насосов.

Оборудование, используемое на интеллектуальном месторождении, должно содержать встроенные системы анализа и диагностики, которые позволяют делать заключение о корректности работы оборудования и предотвращать аварийные выходы из строя. Выполнение данных требований позволяет увеличить количество объектов, управляемых одним специалистом, и снизить стоимость владения (ремонта) оборудования.

Повышение сложности конструкции скважин требует увеличения частоты предоставления данных. На сегодня данные о дебите скважин предоставляется раз в сутки, что удовлетворяет требованиям по управлению вертикальными скважинами и простыми по конструкции горизонтальными скважинами. В то же время управление сложными по конструкции многоствольными горизонтальными скважинами требует повышение частоты и качества данных. Ведущие компании в рамках внедрения интеллектуального месторождения приходят к необходимости обеспечения непрерывного измерения продукции таких скважин бессепарационными мультифазными расходомерами.

Выполнение базовых требований к оборудованию и уровень его автоматизации делают логичным формирование требований к оборудованию по выполнению функций автономного управления процессами на «нижних уровнях». В результате внедрения данных систем снизится часть операционных затрат и параллельно повысится качество данных для систем «верхнего уровня».

Перспективы развития.

Рост интереса к "интеллеектуальному месторождению" в немалой степени связан свлиянием "человеческого фактора" - со сменой поколений в отрасль приходят новые инженеры-нефтяники, которые хорошо представляют возможности современных информационных технологий. и здесь ситуацияы меняется очень быстро :совсем недавно в обществе инженеров - нефтяников высказывали обеспокоенность недостаточной ИТ - подготовкой специалистов (плоть до того, что проще ИТ-специалиста обучить нефтяной специфике, чем наоборот), но уже сейчас в нефтяных компаниях есть немало инженеров, стремящихся ыв полной мере реализовать возможности, открывающиеся при умелом использовании "искусственного интеллекта".

Несомненно, использование информационных технологий, включая методы искусственного интеллекта, позволит более полно и эффективно автоматизировать процессы генерации и транспортировки, а главное, сможет «обучить» промышленное оборудование принимать и обрабатывать противоречивые и порой неполные и нечеткие данные, полученные с различных скважин, а затем синтезировать их в единое информационное поле, обеспечивающее более эффективную разработку нефтяного или газового месторождения.При правильном применении технологии “интеллектуального” месторождения выбранные варианты обеспечат снижение суммарных затрат на эксплуатацию месторождения, оптимизацию добычи и увеличение ее суммарного объема.

В перспективах развития IT-инфраструктуры нефтегазовой отрасли в первую очередь лежит автоматизация на основе интеллектуальных систем полного спектра всех работ, связанных с разработкой, добычей, транспортировкой и переработкой нефти и природного газа. Поскольку всё больше приобретает задача снижения себестоимости добычи, переработки, а также транспортировки нефти и газа. Эту задачу опять же помогает решить автоматизация основных ключевых процессов в таких областях как проектирование и технологический контроль разведочного бурения, расчет параметров бурения, управление геолого-геофизическими данными.

Применение.