БУДУЩЕЕ БУРЕНИЯ: ПРЕИМУЩЕСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

THE FUTURE OF DRILLING: THE BENEFITS OF AUTOMATED DRILLING RIGS

JSC MMotorRA
Moscow, 125167,
Russian Federation
O.O. ALEKSEEV,
F.H. MUKHAMETOV,
P.E. VOSTRIKOV
Digital Drilling LLC
Moscow, 121059,
Russian Federation
R.M. MUKHAMETZYANOV
Gazpromneft-Khantos LLC
Khanty-Mansiysk, 628011,
Russian Federation
I.V. Khayrullin

В статье рассматривается вопрос цифровой трансформации в нефтегазовой отрасли, представлены ее этапы: переход от оцифровки документов и автоматизации расчетов к работе с данными в режиме реального времени и далее к автономной работе системы.

Описан функционал цифровой платформы ЭКО, которая объединяет всех заинтересованных лиц в единой платформе путем сквозной цифровизации.

Особенностью системы является использование цифрового двойника скважины, объединение функционала проектирования, сопровождения, аналитики и автоматизированной отчетности в одной платформе. Перечислены преимущества Цифровой платформы ЭКО, заключающиеся в простоте развертывания и использования системы, повышении производительности операционного процесса, сокращении сроков строительства скважин, снижении материальных ресурсов, оптимизации работы оборудования. Изложен функционал и принцип работы автоматизированного комплекса бурения от компании «Цифровое бурение», компонентами которого являются: автоматическая система подачи долота и поддержания заданных параметров бурения, система подбора оптимального режима бурения по алгоритмам MSE, модуль снижения неравномерности вращения/демпфирования Torque Master, система автоматизированного управления буровыми насосами Pump Master, модуль поверхностной осцилляции колонн бурильных труб Spin Master. Представлен алгоритм взаимодействия Цифровой платформы ЭКО и автоматизированного комплекса бурения: направление потока данных, управляющие механизмы и их функции.

Благодаря тандему двух систем производится постоянный контакт между автоматизированной системой бурения и расчетами цифрового двойника, за счет которого обеспечено моментальное реагирование на отклонение проектных значений показателей бурения и информирование всех участников процесса.

The article discusses the issue of digital transformation in the oil and gas industry, represents its stages: transition from digitization of documents and automation of calculations to work with data in real time and further to autonomous work of the system.
The functionality of the ECO digital platform, which unites all stakeholders in a single platform through end-to-end digitalization, is described.
The system is characterized by the use of a digital twin of the well, combining the functionality of design, support, analytics and automated reporting in one platform. In the article, there are some advantages of the ECO Digital Platform, including easy deployment and use of the system, increased productivity of the operational process, reduced drilling time, reduced material resources, and optimized equipment performance. The article describes the functionality and operating principle of the automated drilling complex from Digital Drilling Company, the components of which are: an automatic system for bit feed and maintenance of specified drilling parameters, a system for selecting the optimal drilling mode using MSE algorithms, a module for reducing the unevenness of rotation/damping Torque Master, a system for automated control of drilling pumps Pump Master, a module for surface oscillation of drill pipe strings Spin Master. The algorithm of interaction between the ECO Digital Platform and the automated drilling complex is presented: the direction of data flow, control mechanisms and their functions. Due to the tandem of the two systems, there is a constant contact between the automated drilling system and the calculations of the digital twin, which ensures immediate response to deviations in the project values of drilling parameters and informs all participants of the process.

Развитие нефтегазовых технологий – постоянный прогресс с реализацией лучших практик для потребностей нефтегазовой отрасли. Главной задачей является формирование эффективных и устойчивых решений, направленных на минимизацию финансовых затрат. Сектор строительства скважин является ключевым игроком в оптимизации, что, в свою очередь, требует получения и анализа огромного количества данных, генерируемых ежедневными оперативными отчетами. Цифровая трансформация – единственный путь преобразования сектора в более качественный, быстрый и безопасный. Процесс трансформации начинается с выявления болевых точек специалистов, среди которых наиболее распространенными являются избыточные процессы, рутинный ввод данных, расчеты и время, необходимое на сбор и анализ неструктурированных данных.
Первый этап трансформации ознаменовался автоматизацией расчетов, позволяющей персоналу ускорить процесс моделирования; оцифровка документов, исключающая возможность утери и фальсификации данных. Далее – работа с данными в режиме реального времени: специалист удаленно влияет на производственный процесс. Сейчас набирает популярность так называемое «безлюдное производство», подразумевающее автономную работу системы. Однако стоит отметить, что речь не идет о замене человека на программное обеспечение. Наиболее эффективный подход: переход к автоматизированному комплексу, при котором специалисту останется принимать управленческие решения на этапе сопровождения процесса и производить оперативное вмешательство в случае нештатных ситуаций, имея на руках все необходимые расчеты и рекомендации. Но для этого компания должна обладать высоким уровнем автоматизации и цифровизации. Осуществить такую трансформацию позволяет Цифровая платформа ЭКО, ставящая во главу угла комплексный подход.
Это тщательно спроектированное облачное цифровое решение, специально разработанное для строительства нефтяных и газовых скважин любой сложности. Программный продукт разработан на основе физико-математической модели скважины, обладающей функцией автоматической калибровки и обеспечивающея стабильно высокое качество работы системы, адаптируясь к различным условиям режимов работы скважины.
Отметим ключевые особенности системы:
– Цифровой двойник: инструмент, не имеющий на данный момент аналогов на мировом рынке. Создается точный двойник скважины для обеспечения целостного представления о будущем объекте буровых работ, что, в конечном итоге, создает предпосылки для раннего обнаружения и решения потенциальных проблем, не допуская дорогостоящей ошибки.
– Проектирование скважин: благодаря многолетнему опыту и данных сотни скважин, были разработаны эффективные планы бурения с учетом всех геологических факторов. Это позволяет выбрать наиболее эффективные значения технологических параметров при различных операциях и свести к минимуму инциденты с бурильной колонной.
– Сопровождение в режиме реального времени: мониторинг и автоматическое определение операций стали возможны благодаря цифровому двойнику, ежесекундно определяющему динамически безопасные коридоры бурения и мгновенно оповещающему персонал о выходах за ограничения с выдачей рекомендаций по принятию решения.
– Аналитика в режиме реального времени: прогнозирующая и предписывающая аналитика. Система использует фактические данные с производства для создания аналитики, повышая предсказуемость и эффективность операций. Задействован процесс определения ключевых показателей эффективности.
Развитие нефтегазовых технологий – постоянный прогресс с реализацией лучших практик для потребностей нефтегазовой отрасли. Главной задачей является формирование эффективных и устойчивых решений, направленных на минимизацию финансовых затрат. Сектор строительства скважин является ключевым игроком в оптимизации, что, в свою очередь, требует получения и анализа огромного количества данных, генерируемых ежедневными оперативными отчетами.

– Автоматизированная отчетность упрощает создание и обмен документацией. Заинтересованные стороны будут полностью проинформированы, исключая манипуляцию данными.
Рассмотрим преимущества данного комплексного подхода:
– Простота развертывания и использования: при монтаже на буровой установке система оперативно разворачивается на серверах, интегрируясь при этом с оборудованием подрядных организаций. Платформа разработана так, чтобы быть удобной для пользователя. Интуитивно понятный интерфейс не вызывает трудностей в освоении.
– Повышение производительности операционного процесса: благодаря единой сквозной цифровизации, происходит полный контроль за сервисными организациями, минимизируется человеческий фактор, увеличивается скорость принятия решений и повышается дисциплина персонала.
– Сокращение цикла строительства скважины на примере процесса бурения: с помощью ретроспективного анализа, позволяющего воспроизвести цикл строительства скважины в прошлом, отбираются лучшие практики бурения и назначается эталонная скважина. Модуль сравнения скважин позволяет анализировать и корректировать параметры бурения текущей скважины относительно эталонной. В тандеме с автоматизацией процесса бурения система значительно сокращает время строительства.
– Снижение расхода материальных ресурсов: платформа повышает эффективность работ, сокращая время простоя и сводя к минимуму ошибки, что, в свою очередь, значительно снижает стоимость строительства.
– Оптимизация работы оборудования: контроль нагрузок и наработок оборудования позволяет отслеживать усталостный износ. Это – гарантия защиты от претензий и аварий, связанных с перегрузкой оборудования.
Система постоянно совершенствуется: добавляется новый функционал, обновляется визуальная составляющая. Следующим шагом вперед стало получение данных от автоматизированного комплекса бурения, их последующая обработка и вычисление в реальном времени параметров бурения с последующей обратной передачей значений на узлы буровой установки. В свою очередь, цифровой комплекс бурения выполняет поступившие команды: осуществляется процесс автоматизированного выполнения технологических операций без непосредственного человеческого участия.
Одним из ярких примеров данной интеграции является высокотехнологичный продукт от ООО «Цифровое Бурение»; компания разрабатывает программное обеспечение и оборудование для автоматизации бурения. Основная задача – повышение производственной безопасности, минимизации человеческого фактора, получения более высоких экономических результатов через сокращение издержек и времени бурения. Все это достигается при помощи целой группы высокоэффективных решений, объединенных в «Автоматический комплекс бурения», автоматизирующий управление буровыми установками. Рассмотрим основные компоненты системы:
– Автоматическая система подачи долота (АПД) и поддержания заданных параметров бурения.
– Система подбора оптимального режима бурения по алгоритмам MSE.
– Модуль снижения неравномерности вращения/демпфирования Torque Master.
– Система автоматизированного управления буровыми насосами Pump Master.
– Модуль поверхностной осцилляции колонн бурильных труб Spin Master.
Каждый из вышеперечисленных компонентов является независимым высокоэффективным инструментом. Подробнее остановимся на каждом из них:
1) Автоматическая система подачи долота (АПД);
Электронная система обладает полной автоматизацией подачи долота на забой. Происходит постоянный контроль за электроникой. Снижение человеческого фактора в процессе бурения позволяет увеличить механическую скорость бурения в независимости от квалификации бурильщика, породы или траектории скважины. Система обладает функционалом автоматизации спуско-подъемных операций, что сводит человеческий фактор при выполнении данных операций к нулю.
2) Поддержание заданных параметров бурения (Drill Test);
Принцип действия заключается в подборе оптимальных параметров бурения. Это может осуществляться следующим образом:
– В автоматическом режиме по отдельной команде бурильщика;
– В автоматическом режиме без отдельной команды;
– В случае снижения механической скорости проходки более установленного процента;
– При включенном соответствующем режиме.
Благодаря правильно подобранным параметрам, удается добиться максимальной механической скорости проходки в текущих горно-геологических условиях с учетом режимно-технических ограничений.
3) Модуль «Torque Master» (демпфирование);
Вибрации кручения Stick Slip (проворот/заклинка) – это большие, низкочастотные колебания крутящего момента. Явление, которое в бурении часто несет ответственность за повреждение резцов долот, аварии с КНБК, снижение механической скорости проходки. При использовании системы стабилизации крутящего момента Torque Master снижаются вибрации, а значит, бурильщику не придется снижать осевую нагрузку на долото и обороты верхнего силового привода, что приводит к увеличению механической скорости проходки и сохранности элементов КНБК.
4) Система автоматизированного управления буровыми насосами (Pump Master);
Pump Master выполняет функции автоматического регулирования подачи промывочной жидкости, исходя из параметров времени повышения расхода, величины повышения расхода, максимального давления для каждого расхода, расчета объема прокаченной жидкости.
Как итог:
– отсутствие скачков давлений, приводящих к поглощениям промывочной жидкости как при бурении, так и при промывках; при спуске ОК, проработке;
– качественная промывка перед цементированием;
– качественная проработка/обратная проработка;
– 100 % выполнение технологического регламента при циркуляции промывочной жидкости.
5) Модуль «Spin Master» (осцилляция ВСП).
Система Spin Master (рис. 1) предназначена для решения проблемы с дохождением осевой нагрузки на долото при наклонно-направленном бурении в горизонтальном участке, используя ВЗД.
Система полностью поверхностного монтажа, она не требует установки внутрискважинного оборудования, которое может быть утеряно в скважине.
Оборудование Spin Master подключается к пульту управления верхним силовым приводом.
Система Spin Master взаимодействует с пультом управления верхнего силового привода для вращения бурильной колонны влево-вправо с ограничением крутящего момента и количества оборотов, по специально разработанному и запрограммированному алгоритму. Данная техника снижает продольное сопротивление с части буровой колонны при бурении. Вращение подвергает верхнюю часть буровой колонны к почти постоянному тангенциальному движению, создавая коэффициент динамического трения, который ниже коэффициента статического трения, создаваемого не вращающейся колонной.
Система Spin Master взаимодействует с пультом управления верхнего силового привода для вращения бурильной колонны влево-вправо с ограничением крутящего момента и количества оборотов, по специально разработанному и запрограммированному алгоритму. Данная техника снижает продольное сопротивление с части буровой колонны при бурении. Вращение подвергает верхнюю часть буровой колонны к почти постоянному тангенциальному движению, создавая коэффициент динамического трения, который ниже коэффициента статического трения, создаваемого не вращающейся колонной.
Для работы автоматического комплекса бурения обязательными параметрами, установленными на панели бурильщика в соответствии с необходимым режимом бурения:
– максимальная и рабочая нагрузка;
– максимальный и рабочий перепад давления;
– максимальный и рабочий момент ВСП;
– необходимая скорость проходки (скорость бурения).
Схема интеграции Цифровой платформы ЭКО и автоматизированного комплекса бурения представлена на рис. 2.
Автоматизация рутинных процессов в тандеме с точными расчетами цифрового двойника обеспечивает значительное сокращение сроков строительства скважин и повышение точности проводки ствола.

Цикл взаимодействия двух систем выглядит следующим образом: после монтажа на месторождении программно-аппаратных средств обеих систем, начинается процесс передачи данных от сервисных организаций на буровой: на шлюз, который может быть представлен как в физическом, так и в виртуальном формате, и управляющий контроллер, на который поступают значения режимно-технологических параметров бурения. Далее в Цифровой платформе ЭКО ежесекундно производится расчет базовых управляющих параметров, а автоматический комплекс бурения, в свою очередь, обрабатывает данные и управляет силовыми узлами буровой установки. Весь поток данных передается на дата-центры систем, где заинтересованные лица могут наблюдать процесс строительства скважины. Благодаря двустороннему обмену между системами, который происходит с частотой до 10 Гц, при выходе оборудования за безопасные операционные коридоры управляющий контроллер моментально передает значения на шлюз ЭКО, далее происходит перерасчет параметров. Результаты полученных расчетов поступают на автоматический комплекс бурения для корректировки режима бурения. Таким образом, ежесекундно производится повышенный контроль за этапами строительства скважины, постоянный контакт между автоматическим комплексом бурения и расчетами цифрового двойника, что, в свою очередь, обеспечивает моментальное реагирование на отклонение от требуемых показателей бурения и информирование всех участников процесса.
Взаимодействие данных систем для достижения общего результата является эффективным решением в отрасли. Это позволяет реализовывать крупные и инновационные проекты, повышать конкурентоспособность и расширять географию деятельности организаций. Интеграция Цифровой платформы ЭКО и автоматического комплекса бурения ООО «Цифровое бурение» позволит по-новому взглянуть на процесс строительства скважин. Автоматизация рутинных процессов в тандеме с точными расчетами цифрового двойника обеспечивает значительное сокращение сроков строительства скважин и повышение точности проводки ствола.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей

    Авторизация


    регистрация

    Алексеев О.О.

    Алексеев О.О.

    руководитель операционной службы

    АО «ММоторРА» г. Москва, 125167, РФ

    Мухаметов Ф.Х.

    Мухаметов Ф.Х.

    ведущий инженер операционной службы

    АО «ММоторРА» г. Москва, 125167, РФ

    Востриков П.Э.

    Востриков П.Э.

    инженер операционной службы

    АО «ММоторРА» г. Москва, 125167, РФ

    Мухаметзянов Р.М.

    Мухаметзянов Р.М.

    генеральный директор

    ООО «Цифровое бурение» г. Москва, 121059, РФ

    Хайруллин И.В.

    начальник центра управления строительством скважин

    ООО «Газпромнефть-Хантос» г. Ханты-Мансийск, 628011, РФ

    Просмотров статьи: 1170

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru