Цифровой двойник бурения как операционная среда повышения эффективности процесса строительства скважин

Digital drilling Twin as an operational efficiency

S.N. SUCHOK1,
R.V. KORENEV2,
P.V. KUSHMANOV3
1 Neftserviceholding, LLC
Perm, 614990,
Russian Federation
2 Rigintel, LLC
Perm, 614010,
Russian Federation
3 Lendmark (Halliburton, Russia)Moscow, 127018,
Russian Federation

Digital Twin обеспечивает реализацию всех бизнес-процессов от планиро-

вания до сдачи скважины в эксплуатацию, создавая единое прозрачное цифровое пространство для всех участников строительства скважины от буровой до центра управления бурением. Система адаптирована к существующему парку буровых установок в РФ. Такой цифровой комплекс полного цикла строительства скважин реализован впервые в России.

Digital Twin ensures the implementation of all business processes from planning to commissioning of the well, creating a single transparent digital space for all participants in the construction of the well from the drilling rig to the drilling control center. The system is adapted to the existing fleet of drilling rigs in the Russian Federation. Such a digital complex of a full cycle of well construction has been implemented for the first time in Russia.

Нефтегазовая отрасль в России отличается довольно высокой степенью консервативности. Культура и сложившиеся подходы к управлению, сформированные за прошедшие десятилетия в отрасли обуславливают, как правило, очень осторожное отношение к применению новых технологий, инструментов, в особенности тех, внедрение которых требует изменений систем управления предприятиями.
Во многом это связано с работой в условиях высокой неопределенности, большой ценой рисковых решений, опасностью и сложностью производства, а также очень высоким влиянием человеческого фактора в процессе принятия решений.
Однако, сейчас уже очевидно, что изменение отрасли неизбежно и чем раньше компании будут менять свои подходы к ведению бизнеса, навыки, инструменты, тем более успешны они будут на этом высококонкурентном рынке.
В последние три-четыре года мы очень часто слышим об активной цифровизации как различных отраслей промышленности, так и нашего быта. По данным TAdviser около четверти всех разработок IT-компаний приходится на заказчиков из нефтегазового сектора. И, как об одном из ключевых инструментов цифровизации, очень много говорят о цифровых двойниках. В случае с нефтегазовой отраслью – это цифровые двойники месторождений, технологических объектов и даже производственных процессов.
Одним из самых инвестиционно- и капиталоемких направлений освоения месторождений является бурение скважин и внедрение передовых методов управления производством на основе цифровых двойников, которое может привести к существенному росту эффективности, как с точки зрения технологичности производства, так и экономических показателей.

ЦИФРОВИЗАЦИЯ БУРЕНИЯ
Ведущие мировые нефтесервисные компании («Shlumberger», «Halliburton», «Baker Hughes» и др.) на протяжении многих лет разрабатывают различные решения в области автоматизации процесса бурения, инженерные приложения и симуляторы для проектирования и анализа технологических показателей при строительстве скважин, цифровые ассистенты для принятия решений в процессе бурения. В арсенале этих компаний есть сквозные цифровые решения от поэтапного плана работ на бурение скважины, создаваемом в инженерном симуляторе до инструментов для автоматической проводки ствола скважины по заданным траектории и технологическим/техническим параметрам.


В нашей стране многие компании занимаются разработкой различных решений, но, к сожалению, цельного, сквозного инструмента планирования и управления процессом бурения пока не создано.

В последние три–четыре года мы очень часто слышим об активной цифровизации как различных отраслей промышленности, так и нашего быта. По данным TAdviser около четверти всех разработок IT–компаний приходится на заказчиков из нефтегазового сектора. И, как об одном из ключевых инструментов цифровизации, очень много говорят о цифровых двойниках.

Обусловлено это несколькими факторами. Во-первых, уровень автоматизации буровых станков, да и просто инструментов получения данных с буровых, в настоящий момент находятся в процессе улучшения своих характеристик. Более половины буровых установок имеют возраст 20 и более лет, а также примитивные системы АСУТП. Во-вторых, технологический уровень полевого персонала на буровых крайне невысок и решение инженерных задач представляет определенную сложность, да и задачи такие перед персоналом не ставятся.

Одним из самых инвестиционно– и капиталоемких направлений освоения месторождений является бурение скважин и внедрение передовых методов управления производством на основе цифровых двойников, которое может привести к существенному росту эффективности, как с точки зрения технологичности производства, так и экономических показателей.

Ну и нельзя не сказать о рынке бурения, многие нефтегазодобывающие компании используют так называемый внутренний сервис по бурению или полностью или частично аффилированные буровые подразделения. А внутренний сервис, как известно, имеет несколько другую мотивацию, и не очень сильно стремится повышать эффективность своей деятельности.
Тем не менее, нельзя сказать, что картина не меняется. Сегодня несколько нефтегазовых компаний, кто-то более активно, кто-то менее – занимаются разработкой и внедрением систем принятия решений и автоматизации всего цикла строительства скважин.
Хорошим примером может служить ПАО «Газпром нефть». Компания активно ищет на рынке готовые и стимулирует разработку перспективных цифровых технологий и инструментов. ГПН использует различные формы сотрудничества с сервисными компаниями от приобретения лицензий до совместных разработок как несложных цифровых помощников, так и комплексных платформенных решений.
Российский стартап – компания «Ригинтел» – один из элементов технологической экосистемы ГПН, занимающийся разработкой отечественного аналога инструментов для автоматизации процесса бурения с использованием цифрового двойника. Работа началась в 2017 году с пилотного проекта «Цифровая буровая», предусматривавшего создание интегрированного инструмента автоматизации процесса бурения, разрушения горной породы по заданным параметрам нагрузки на долото, перепада давления и расхода. Результаты оказались положительными, были получены плановые ускорения на первых 5 скважинах, после чего было принято решение о тиражировании решения. Сегодня на проектах ГПН работают системы автоматизации бурения нескольких российских компаний.
Однако автоматизация процесса разрушения горной породы хоть и значимый элемент повышения предсказуемости, безопасности и технологической эффективности, но использование его без увязки с проектными решениями, анализом эффективности в режиме реального времени и, соответственно, управлением технологическими параметрами в ходе бурения на основе анализа данных, не позволяет использовать весь потенциал имеющихся сегодня инженерных инструментов. Необходимо соединить воедино программу бурения, разрабатываемую большим количеством специалистов разных функциональных направлений, данные, поступающие с буровой в режиме реального времени, механизмы автоматизации процесса бурения, аналитический аппарат в единое сквозное решение.


Для решения этой задачи компания «Ригинтел» разработала архитектуру, выбрала наиболее подходящие технологии обработки и передачи данных и имеющиеся на рынке недостающие элементы для создания интегрированной системы управления бурением. Данная работа велась в партнерстве с российским отделением компании «Halliburton», имеющей богатый опыт как в качестве сервисной компании по оказанию услуг при бурении скважин, так и, как говорилось выше, известного поставщика интегрированных инструментов для инженерных расчетов и аналитики для строительства скважин.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ И УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ
Первым шагом происходит создание программы бурения с вовлечением всех сервисных подрядчиков – буровой компании, цементажников, специалистов по ННБ, растворщиков и т.д. Создание цифровой программы бурения осуществляется в едином информационном пространстве, программном продукте WellPlan (Halliburton), сформированная программа после согласования заказчиком попадает в модуль IR-Assistant (Ригинтел), где происходит ее конвертация в набор показателей, по которым будет осуществляться бурение. Оба этих модуля находятся в Центре строительства скважин, где собраны инженеры, отвечающие за планирование и мониторинг бурения.

Российский стартап – компания «Ригинтел» – один из элементов технологической экосистемы «Газпром нефть», занимающийся разработкой отечественного аналога инструментов для автоматизации процесса бурения с использованием цифрового двойника. Работа началась в 2017 году. Результаты оказались положительными. Сегодня на проектах ГПН работают системы автоматизации бурения нескольких российских компаний.


Набор показателей бурения направляется в локальную платформу IR-Master, находящуюся уже на буровой. В IR- Master данные агрегируются по глубине скважины, после чего формируется программа загрузки в технологическую систему управления бурением IR-OperBot, которая по факту реализует управляющее воздействие на механизмы буровой установки под контролем бурильщика.

«Цифровой двойник» для строительства скважин (Well Construction Digital Twin) помогает улучшить общий индекс целостности скважины и процессов строительства, поддерживая разработку эффективных и гибких рабочих процессов и облегчая принятие решений в отношении наиболее эффективных вариантов разведки, бурения скважины и ее заканчивания, а также добычи.


Стоит подчеркнуть, что бесшовная интеграция решений Halliburton и Ригинтел на российском рынке обеспечила синергетический эффект и позволила создать Цифровой двойник – решение по строительству скважин полного цикла. Цифровой двойник подразумевает комплексную работу со скважиной: от создания проекта бурения до непосредственного управления разрушением горной породы в автоматическом режиме. Система адаптирована для существующего парка буровых установок в стране, данный класс решений полного цикла строительства скважины был реализован в России впервые.

бесшовная интеграция решений Halliburton и Ригинтел на российском рынке обеспечила синергетический эффект и позволила создать Цифровой двойник – решение по строительству скважин полного цикла. Цифровой двойник подразумевает комплексную работу со скважиной: от создания проекта бурения до непосредственного управления разрушением горной породы в автоматическом режиме. Система адаптирована для существующего парка буровых установок в стране, данный класс решений полного цикла строительства скважины был реализован в России впервые.

Следующим этапом совместных работ стала «Система Цифрового Строительства Скважин». В первую очередь, это создание коннект-шины данных и управления, применимых к любой буровой установке. Результатом стали продукты «IR-Master» и «IR-OperBot», сочетающие в себе все функциональные особенности «EDGE-систем». Преимущество решения – абсолютная совместимость с механизмами и источниками данных буровых установок как российского производства БУ-3000, БУ-5000, так и зарубежных ZJ-40, ZJ-50, ZJ-70 и др.
Кроме этого, одной из важнейших задач было обеспечить возможность размещения модуля «DWO» (Digital Well Operation) – как основного центра принятия решения в режиме реального времени – в локальной системе буровой площадки. Задача была решена за счет использования инфраструктурных систем горячего резервирования каналов связи и обеспечения обратными связями не только блока анализа данных в центре строительства скважин блока DWP, но и операционного блока. Таким образом, было создано полностью локальное решение с возможностью планирования, управления, получения информации и принятия решений непосредственно на буровой площадке.
В результате большой объем данных (Big Data), поступающих с нескольких объектов в центр управления строительством скважин, а также информация с технологических платформ «WellPlan» и «IR-Assistant» объединились. Благодаря этому, была реализована возможность сопровождать строительство скважин с минимальными затратами времени на их проектирование, а также осуществлять планирование следующих объектов и корректирование плана с учетом наиболее оптимальных показателей предыдущих скважин.

КАК РАБОТАЕТ «ЦИФРОВОЙ ДВОЙНИК СКВАЖИНЫ»?
Рабочий процесс начинается с решения Halliburton's DecisionSpace® Well Planning и программного обеспечения для проектирования скважины. Они создают основу для предполагаемого будущего дизайна и смоделированных физических ограничений. Единая платформа объединяет приложения и базы данных по всей цепочке проведенных операций: от сейсморазведки до добычи. Все рабочие процессы интегрированы между собой в экосистему для совместной работы команд по разработке месторождения.
Актуальные данные сравниваются с историческими, собранными во время бурения других подобных скважин, чтобы затем создать управляемую цифровую модель для каждого аспекта скважины. Учитывается буквально все: геология скважины, ее траектория, особенности проектирования и даже предполагаемое поведение во время бурения.
Входные параметры из программного комплекса EDT™ Halliburton (Engineer’s Desktop) позволяют сформировать Цифровую Программу на Бурение (Digital Well Program), которая используется для оптимизации бурения и качества скважин. Оператор находится в единой команде с сервисными подрядчиками, регулируя циклы и управляя процессом. Все данные по проекту конвертируются в набор машиночитаемых подробных инструкций для работы с поверхностным и скважинным оборудованием.
После того, как первоначальное планирование и дизайн завершены, Цифровая Программа на Бурение производит автоматическую проверку на потенциальные несоответствия, а затем ускоряет процесс утверждения программы и делает ее доступной для загрузки в систему управления и мониторинга IR-Assistant (Ригинтел). В сформированном «ковре бурения» достаточно выбрать карточку необходимой скважины и запустить «проверку маркеров», чтобы подобрать проект бурения в базе DWP. Оптимальная программа бурения, включая сетевой график и график «глубина/день», не только отобразится в исходных формах, но и сформирует файл с данными для алгоритма работы программно-аппаратного комплекса IR-OperBot непосредственно на буровой установке.
Решение IR-OperBot от Ригинтел обеспечивает как поддержание режимных параметров в системе, так и ограничительных. В случае ошибочных или аварийных действий программа может выполнить остановку необходимого оборудования.
После того, как цифровой двойник скважины приступит к бурению, персоналу на буровой площадке будут автоматически разосланы электронные инструкции: на интерфейсе IR-Master (Ригинтел) отобразятся задания и ограничения для бурильщика, общие рекомендации, например, по нагрузке на долото. Применить их можно простым нажатием кнопки. В случае повторного проектирования или перепланирования операций цифровой двойник мгновенно адаптируется к изменениям. С помощью технологии анализа Big Data оператору будут предложены новые оптимальные параметры бурения, нацеленные на оптимизацию, например, ROP (механическая скорость бурения). После утверждения обновленного плана бурильщик продолжит работу.

ВО ГЛАВЕ УГЛА – СОКРАЩЕНИЕ ИЗДЕРЖЕК
Для большинства компаний, следующих стратегии сокращения издержек, оптимизации производства и увеличения ресурсной базы, важно понимать, как взаимодействуют между собой финансовые, технические и операционные сегменты.

Решение IR–OperBot от Ригинтел обеспечивает как поддержание режимных параметров в системе, так и ограничительных. В случае ошибочных или аварийных действий программа может выполнить остановку необходимого оборудования.

«Цифровой двойник» для строительства скважин (Well Construction Digital Twin) помогает улучшить общий индекс целостности скважины и процессов строительства, поддерживая разработку эффективных и гибких рабочих процессов и облегчая принятие решений в отношении наиболее эффективных вариантов разведки, бурения скважины и ее заканчивания, а также добычи.
Для рынка появление комплексного цифрового решения, созданного в партнерстве «Нефтьсервисхолдинг» и «Halliburton», – беспрецедентный пример того, как сильнейшие технологические компании объединяются в решении ключевой задачи – роста эффективности всего нефтегазового сектора.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Сучок С.Н.

    генеральный директор

    ООО «Нефтьсервисхолдинг»

    Коренев Р.В.

    генеральный директор

    ООО «РигИнтел»

    Кушманов П.В.

    региональный технический директор по развитию бизнеса

    Lendmark (Halliburton, Россия)

    Просмотров статьи: 643

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru