В 2018 году в компании ПАО «Татнефть» стартовал проект по созданию корпоративной информационной системы по комплексной автоматизации бизнес- и производственных процессов при строительстве скважин. В рамках данного проекта разрабатывается информационно-аналитическая система «Бурение» (АИС «Бурение») на отечественной платформе 1С: Предприятие.
Целью проекта является создание единой информационной среды управления процессом бурения, позволяющей в автоматическом режиме производить планирование работ при строительстве скважин, мониторинг затрат и контроль исполнения сроков, формирование отчетности, анализ показателей процесса строительства скважин.
Планирование и управление стоимостью на всех этапах инвестиционного проекта (начиная с расчета стоимости проекта и заканчивая сдачей объекта нефтедобычи в эксплуатацию) – это важнейший вопрос реализации строительства скважины. Определение реальной стоимости строительства скважин – один из актуальных вопросов, стоящих перед предприятиями, и решению вопроса стоимостного анализа инвестиционных проектов уделяется первостепенное внимание [1]. Закономерности развития нефтегазовой отрасли заставляют компании ужесточать требования к точности и обоснованности оценок на этапе концептуального проектирования стоимости строительства скважин [2].
Компании применяют разные подходы к решению данного вопроса:
– использование удельных показателей статей затрат, определяющих стоимость;
– создание стоимостных баз данных объектов-аналогов;
– расчет по геолого-физическим характеристикам, на основании которых выполняется расчет необходимых технологий и их выбор согласно руководящим документам (РД) и методикам;
– инженерные расчеты отдельных модулей в специализированном программном обеспечении (ПО).
Работа в направлении создания автоматизированных систем по технико-экономическому моделированию ведется в различных компаниях: ПАО «Газпром нефть», ПАО «НК «Роснефть», ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» и т.д. [3].
Актуальность работы обусловлена необходимостью эффективного и оперативного реагирования на изменение макросреды, в условиях разработки «зрелых» месторождений для поддержания уровней добычи [4]. Обоснование технологических решений требует проведения многовариантных расчетов и объективной оценки затрат на строительство скважины и подготовку необходимой инфраструктуры.
В целях обеспечения целевых показателей добычи нефти в ПАО «Татнефть» ежегодно формируется перечень геолого-технических мероприятий (ГТМ). Для утверждения к реализации, мероприятие должно получить положительное заключение по инвестиционным показателям эффективности. Для оценки экономической эффективности специалисты соответствующих служб готовят техническое и экономическое обоснование оценки стоимости мероприятия. Техническое обоснование строительства скважины подразумевает формирование информации о целевом объекте, планируемой конструкции скважины, профиле, данных литолого-стратиграфического разреза, возможных осложнениях и способах их ликвидации, материалах (растворы, тампонажные материалы, элементы оснастки, элементы компоновки бурильной колонны) и т.д. Далее, на основании данных физических объемов, рассчитывается плановая стоимость строительства скважины и проводится ранжирование скважин, исходя из стоимости их строительства и ожидаемого дебита. В среднем выбор осуществляется из 1500–2000 скважин-кандидатов. Ручной режим данного процесса – трудоемкий и не обеспечивает универсальности подхода к формированию результатов.
Для автоматизации процесса и создания единого интегрированного информационного пространства при организации процесса формирования инвестиционной программы и расчета стоимости строительства скважин разработана схема движения информационных потоков при формировании инвестиционной программы на строительство скважин, рис. 1.
Схема описывает реализуемый в рамках проекта процесс и взаимодействие информационных систем при формировании инвестиционной программы строительства скважин.
В соответствии с утвержденной схемой специалисты служб в корпоративной информационной системе «Автоматизированное рабочее место инженерно-технологической службы» (КИС «АРМИТС») в модуле «Банк ГТМ» формируют список скважин с планируемыми мероприятиями. По каждой скважине вводится информация, содержащая номер скважины, наименование месторождения и площади, целевой объект разработки, плановые координаты забоя и точки входа в пласт и др.
Данные из банка ГТМ КИС «АРМИТС» поступают в программу «Автокустование», где происходит автоматический процесс кустования скважин, обеспечивающий определение оптимального местоположения устья проектной скважины, удовлетворяющего геологическим целям и обеспечивающего минимальные затраты на бурение и обустройство.
Программа позволяет построить трехмерный проектный профиль скважин с учетом пересечений и технологических параметров бурения; производит расчет кратчайших расстояний от кустовых площадок до объектов коммуникаций с учетом обхода объектов, через которые прокладка коммуникаций невозможна или запрещена, рис. 2.
Ведется работа по реализации функционала подбора типа бурового станка, исходя из его грузоподъемности, соотнесенной к максимальному весу компоновки низа бурильной колонны (КНБК).
Кластеризация выбранных кустов будет производиться с учетом текущего нахождения бурового станка, начиная с даты начала формирования графика и до момента, пока общая продолжительность по кластеру, мобилизации между кустами и в кусте не превысит дату окончания формирования графика.
Если у буровых установок есть требования к количеству скважин в кусте, то сначала загрузятся станки или подгруппа с данными критериями.
Программный комплекс автоматического кустования скважин позволяет значительно сократить трудозатраты при проектировании кустовых площадок и траекторий большого количества скважин и в автоматическом режиме получить их оптимальное расположение с учетом технологических и топографических особенностей. Ключевая особенность программы заключается в комплексном учете множества факторов, необходимых для проектирования кустовых площадок: от расчета траектории скважин с оценкой риска пересечений, оптимизации расположения площадок – от затрат на бурение до прокладки маршрутов внешних коммуникаций.
Программный модуль «Автокустование» разрабатывается специалистами ПАО «Татнефть» совместно со специалистами Казанского федерального университета.
Результаты расчета модуля «Автокустование» поступают в Банк ГТМ КИС «АРМИТС». Далее начинается процесс определения затрат, который состоит из стоимости подготовки к бурению, обустройства скважины и бурения, освоения скважины.
Подготовка и обустройство скважин включает в себя работы по отсыпке подъездных путей к скважине/кусту скважин, по подготовке площадки для бурения, строительству водоводов, линий электропередач, отводу земли, переносу коммуникаций и т.д.
Специалисты служб, отвечающих за подготовку площадок бурения и обустройство, должны внести данные по соответствующим направлениям в модуль банк ГТМ после процедуры кустования скважин.
Для произведения планового расчета стоимости строительства перечень скважин с проектными данными поступает из банка ГТМ КИС «АРМИТС» в автоматизированную информационную систему «Бурение» (АИС «Бурение»). В системе «Бурение» реализованы следующие процессы:
– формирование проектной документации (ПД);
– формирование сводок супервайзера, формирование сетевого графика бурения;
– расчет плановой стоимости;
– оперативный учет затрат фактической стоимости строительства скважины;
- формирование оперативной и аналитической отчетности по процессу строительства скважин.
Процесс расчета стоимости бурения и освоения скважины в АИС «Бурение» состоит из технической и экономической части.
Техническая часть направлена на автоматическое формирование физических объемов работ по конкретной скважине: объема работ по подготовке площадки, производства работ по монтажу/демонтажу буровой установки, затрат на бурение/крепление скважины, затрат по подрядным сервисам (долотный, сопровождение гидравлических забойных двигателей (ГЗД), телеметрия, геофизика и т.д.). Физические объемы по каждой скважине формируются путем создания программы бурения и планово-нормативного наряда (ПНН).
Программа бурения на строительство скважин содержит полный перечень информации: проектные данные по скважине, конструкцию скважины с указанием количества колонн, типоразмер обсадных труб, оснастку, компоновку низа бурильной колонны (КНБК), профиль, растворную и долотную программу, интервалы, способ, материалы цементирования, возможные осложнения и способы их ликвидации, геофизические исследования и т.д. Работы по строительству скважины разделены на плановые рейсы. На основании данных программы бурения формируется планово-нормативный наряд, рис. 3.
Расчет стоимости строительства скважин реализован на основании данных из программы бурения и ПНН. На этапе формирования инвестиционной программы, когда на проектную скважину еще не сформированы программа бурения и ПНН, реализация расчета стоимости происходит по данным скважины-аналога. Скважина-аналог подбирается автоматически в соответствии с реализованным алгоритмом по заданным критериям. Для наклонно-направленных и горизонтальных скважин критериями, влияющими на выбор, являются: конструкция скважины, номер группового рабочего проекта, месторождение, вид, тип, назначение скважины, проектный горизонт, смещение на забой. Для боковых и боковых горизонтальных стволов: конструкция (диаметр хвостовика), способ зарезки, интервал вырезки окна, длина бокового ствола, способ крепления хвостовика, тип бурового раствора.
Одним из основополагающих этапов проектирования скважины является выбор конструкции. Конструкция скважины должна обеспечить безаварийное, с учетом охраны недр, экономичное строительство герметичного пространственно устойчивого канала между флюидонасыщенными пластами и остальной частью вскрытого геологического разреза. Конструкция скважины является одним из ключевых параметров для подбора скважины-аналога. Подбор плановой конструкции в АИС «Бурение» происходит автоматически по реализованному алгоритму. Алгоритм запускается при загрузке данных по проектной скважине из КИС «АРМИТС». Конструкция подбирается в соответствии с альбомом конструкций «Стандарта ПАО «Татнефть» по выбору конструкций скважин по категориям в зависимости от фактических горно-геологических условий», рис. 4.
Для учета возможных осложнений при строительстве скважины ведется работа над созданием карты осложнений. Реализован функционал построения интерполяционных поверхностей по осложнениям уже пробуренных скважин в ИС «Геокаталог». Для формирования базы данных по осложнениям проводится оцифровка паспортов ранее пробуренных скважин. Осложнения по скважинам, бурящимся с 2021 года, поступают в базу данных автоматически из АИС «Бурение».
После того, как система выбрала конструкцию скважины, опираясь на перечень входных критериев, происходит подбор скважины-аналога из базы АИС «Бурение». База содержит проектную документацию на строительство скважины: Техническое задание, Программу бурения, Планово-нормативный наряд. База данных в АИС «Бурение» формируется с 2019 года. На настоящий момент содержит ПД по 1050 скважин и ежедневно пополняется новыми документами.
Проведено тестирование процесса подбора конструкции и скважин-аналогов на выборке в 960 скважин. Выборка сформирована автоматически из КИС «АРМИТС» по критерию: планируемый год бурения 2022 г.
Выборка распределена по виду скважин и типу диаметров в следующей пропорции – рис. 5, рис. 6.
Процент подбора конструкций для указанных видов скважин, распределился следующим образом – рис.7.
На результат процента подбора скважин-аналогов наибольшее влияние оказывает размер базы проектной документации. При увеличении базы проектной документации в АИС «Бурение» процент подбора скважин-аналогов будет расти.
После подбора скважины-аналога система автоматически производит расчет стоимости строительства скважины для формирования инвестиционной программы. Расчет производится по каталогу цен, сформированному по усредненным данным стоимости единиц услуг и материалов. Расчет ведется по следующим статьям затрат:
– Мобилизация, монтаж/демонтаж буровой установки;
– Суточная ставка бригады;
– Применение ясс;
– Отбор керна;
– Осциллятор;
– Подготовка площадки;
– Рекультивация площадки;
– Гидроизоляция амбаров;
– Долотный сервис;
– Сервис ГЗД;
– Геонавигация (телеметрия);
– Растворный сервис;
– Тампонажный сервис;
– Обсадные трубы;
– Установка клина-отклонителя;
– Оснастка обсадных колонн;
– Освоение;
– Геолого-технологические исследования (ГТИ);
– Супервайзинг;
– Установка профильных перекрывателей;
– Ликвидация поглощений;
– Подготовка ствола скважины;
– Перевозка бурового раствора;
– Вывоз бурового раствора и шлама;
– Разработка проектной документации.
Система по сформированным алгоритмам и данным программы бурения и планово-нормативного наряда по каждой из вышеперечисленных статей затрат формирует физический объем (в случае если предусмотрены работы по данной статье) и рассчитывает стоимость, исходя из стоимости единицы услуги, материала.
Система способна рассчитать стоимость как отдельной скважины, так и группы скважин.
Расчет стоимости по скважине-аналогу необходим для оценки показателей экономической эффективности при формировании инвестиционной программы.
После утверждения инвестиционной программы, за месяц до начала бурения скважин, ответственный специалист формирует в АИС «Бурение» индивидуальную программу бурения скважины и планово-нормативный наряд. Реализация алгоритмов формирования разделов проектной документации в АИС «Бурение» позволила снизить трудозатраты специалистов на формирование ПД примерно на 62 %.
После утверждения инвестиционной программы, за месяц до начала бурения скважин, ответственный специалист формирует в АИС «Бурение» индивидуальную программу бурения скважины и планово–нормативный наряд.
По данным индивидуальных программ бурения и планово-нормативного наряда формируется плановая стоимость строительства скважины.
Для оперативного учета фактических затрат по бурящейся скважине реализован автоматический расчет стоимости скважины по данным сводок супервайзера. Супервайзер ежедневно в АИС «Бурение» формирует сводку за сутки, привязывая фактический этап строительства скважины к плановому этапу строительства скважины из программы бурения скважины.
Расчет по данным сводок супервайзера по статьям затрат включает как затраты подрядных организаций по сервисам, так и затраты на формирование проектной документации, затраты на управление и контроль строительства.
С помощью разработанного функционала произведен расчет стоимости наклонно-направленной скважины (по отдельным статьям затрат), бурящейся на карбонатные отложения, длина по стволу 914 метров, рис. 8.
Результаты тестирования демонстрируют, что разница результатов расчета стоимости скважины, произведенной по физическим параметрам скважины-аналога и параметрам проектной скважины, составляет около 6 %.
ВЫВОДЫ
Внедрение АИС «Бурение» позволило автоматизировать процесс формирования инвестиционной программы бурения скважин путем алгоритмизации процесса технического и экономического обоснования стоимости строительства скважины. Реализованный прототип системы обладает точностью, достаточной для прогнозной оценки стоимости строительства скважины. Наибольшее влияние на величину стоимости строительства скважины оказывает продолжительность строительства. Основная часть затрат, зависящая от продолжительности строительства скважины, складывается из оплаты суточной ставки работы буровой бригады. Можно сделать вывод, что основные усилия бизнеса для снижения стоимости строительства скважин должны быть направлены на организацию процесса строительства скважины, не допускающего технологических простоев, осложнений и аварий, ранжирование буровых подрядчиков (бригад) по показателям сроков строительства скважин с учетом соблюдения норм безопасности при проведении работ.
Эффект от внедрения АИС «Бурение» достигается за счет создания единого информационного пространства для всех участников процесса, сокращения времени на сбор, подготовку и анализ всего объема информации, связанных со строительством скважин, а также за счет повышения эффективности оперативной деятельности и снижения операционных производственных затрат, за счет снижения трудозатрат специалистов на ручной ввод данных и автоматизации аналитической работы, отчетных форм. Оперативный круглосуточный доступ к актуальной информации и коммуникация служб заказчика и подрядчика позволит повысить эффективность проводки скважины, уменьшить риск осложнений в процессе бурения, закачивания и освоения, снизить риск влияния человеческого фактора и в конечном итоге повысить безопасность всех производственных процессов с одновременным сокращением общей стоимости работ. Реализация данного проекта производится на отечественной платформе 1С: Предприятие , СУБД PostgreSQL, операционная система Astra Linux, что позволяет исключить риск зависимости от зарубежного ПО.
