Применение PI System при бурении и освоении скважин в компании Marathon Oil
Marathon Oil – международная нефтегазовая компания, занимающаяся разведкой и добычей углеводородов, основанная в 1887 году со штаб-квартирой в г. Хьюстон, штат Техас. Как известно, именно в этом году в США был изобретен прообраз современного автомобильного двигателя. С 1889 г. по 1911 г. компания входила в состав треста Standard Oil Джона Д. Рокфеллера. У компании имеются подразделения в Европе и в Африке, Marathon Oil располагают активами в Шотландии, Норвегии и на островах Экваториальной Гвинеи.
Компания Marathon Oil начала использовать информационную инфраструктуру PI System в 1987 году, и первым менеджером по продажам компании OSIsoft, который работал с Marathon Oil, был основатель компании Oil Systems Incorporated, впоследствии переименованной в OSIsoft — доктор Патрик Кеннеди.
Полноценное использование PI System в подразлении разведки и добычи углеводородов Marathon Oil началось в 2005 году, а в 2006 первые системы были внедрены на объектах в Норвегии и Экваториальной Гвинее.
Изначально, как это и делалось на всех нефтеперерабатывающих предприятиях, компания использовала PI System лишь в качестве серверов архивных данных. Впоследствии в Marathon Oil реализовали полноценную стратегию использования PI System как информационной инфраструктуры в масштабах всей компании, включая перерабатывающие и добывающие активы.
В 2011 году Marathon была разделена на две компании, что довольно часто случается в нефтегазовой отрасли. Одна из компаний, появившихся в результате разделения, была названа Marathon Oil, и в нее вошли предприятия, занятые разведкой и добычей углеводородов. Предприятия по переработке и сбыту вошли в состав второй компании — Marathon Petroleum, и сегодня в подразделениях этой компании, отвечающих за переработку и транспортировку сырья, установлено 9 экземпляров PI System. На предприятиях Marathon Oil в настоящий момент функционируют 3 экземпляра PI System.
Несколько лет назад компания Marathon Oil превратила в жизнь свой проект MaraDrill™, целью которого была оптимизация времени бурения, повышение эффективности и уменьшения капитальных затрат. Технология MaraDrill, реализованая на основе PI System, продемонстрировала преимущества использования данных, получаемых от буровой установки c высокой частотой дискретизации. Анализ этих данных позволяет в частности справиться с такими проблемами как нежелательная вибрация, которая возникает в результате явления «прилипания-проскальзывания» бурового долота.
Использование технологии MaraDrill приводит к существенному увеличению скорости бурения и, как следствие, уменьшению времени от забуривания до выхода на конечную глубину скважины и позволяет уменьшить сроки бурения скважин благодаря использованию данных о процессе, поступающих в реальном времени.
Технология MaraDrill, реализованная на базе PI System, представляет собой фундаментальный сдвиг в области оптимизации операций по разведки и добычи.
В состав проекта MaraDrill входит 30 буровых установок на территории США, которые Marathon Oil арендуют у компании Helmerich & Payne для бурения горизонтальных скважин на суше. Буровые площадки компании распределены в трех нефтегазоносных районах: месторождение Игл-Форд (южная часть Техаса), месторождение Баккен (в Северной Дакоте, недалеко от границы между США и Канадой), месторождение Вудфорд (в штате Оклахоме).
Рисйнок 1. Обновление данных с разрешением 20, 10 и 1 секунда
Как мы уже отмечали, для эффективного управления процессом бурения необходима высокая частота обновления технологических данных — приблизительно 1 секунда. В нижней части рисунка 1 приведен график с дискретностью поступления данных 20 секунд, который видит бурильщик в своей кабине. При таком временном разрешении параметры технологического процесса являются не очень информативными из-за возможного пропуска и сглаживания пиковых значений. Некоторые вендоры предоставляют специалистам Marathon Oil данные с разрешением 10 секунд (средний график). MaraDrill при помощи PI System и PI Coresight обеспечивает сбор, хранение и визуализацию данных, поступающих с дискретизацией в 1 секунду, что обеспечивает максимальную достоверность данных (верхний график).
Рисунок 2. Сбор данных с буровых установок и анализ данных при помощи клиентских приложений
Данные от буровых установок поступают в PI System двумя различными способами (рисунок 2): через корпоративную коммуникационную сеть Marathon Oil, то есть через сетевую архитектуру для сбора данных непосредственно на нефтяном месторождении и через общедоступные спутники связи. Все данные через коммуникационную вышку в Хьюстоне поступают в PI System и становятся доступными как для индивидуальных пользователей системы, так и для приложений, которые используют эти данные в своей работе.
Marathon Oil используют 4 различных способа для визуализации и анализа получаемых данных. Пользователи в корпоративной сети Marathon Oil используют PI Datalink или PI Coresight на своих ПК, мобильные пользователи используют версию PI Coresight для iPad и iPhone. Для отображения событий используется наиболее удобный для Marathon Oil компонент — PI System Explorer. Кроме того, сейчас очень востребованным средством визуализации для Marathon Oil является платформа TIBCO SpotFire, предоставляющая огромное количество возможностей для расширенного анализа данных.
Рисунок 3. Визуализация данных при помощи клиентов визуализации PI System
Одной из серьезных проблем, приводящих к большим убыткам при бурении, является так называемое явление «прилипание-проскальзывание» бурового долота (“stick-slip”). Чтобы понять природу этого явления следует представить электродрель, которой сверлят стену из гипсокартона, при этом дрель вращается, но не углубляется в стену. Примерно то же происходит под землей при «прилипании-проскальзывании». Это приводит к износу и более частой замене долота, необходимости дополнительных подъемов и спусков бурового инструмента, а также к дополнительным энергозатратам. Отображение этого явления в PI Coresight мы видим на рисунке 4.
Выявление явления «прилипания-проскальзывания» долота является одним из основных преимуществ применения технологии MaraDrill в компании Marathon Oil, которая позволяет предотвращать эту проблему и повышать эффективность бурения.
Установка в Игл-Форд. Идеальное бурение
Явление «Прилипание-проскальзывание»
Рисунок 4. PI Coresight – обнаружение «прилипания-проскальзывания»
Рисунок 5. Интеграция PI System с WellView
Технология MaraDrill позволяет интегрировать данные, собираемые PI System с данными системы полного жизненного цикла скважин, WellView, в которой хранится вся информация по бурению скважин, такая как тип скальных пород, через которые придется пройти при бурении, или количество дней, затраченных на бурение этой скважины, общий план месторождения. На рисунке 5 слева мы видим экранную форму PI Coresight, построенную на основе интегрированных данных, что позволяет просматривать точные значения параметров в необходимом диапазоне на любом этапе буровых работ. Кроме того, можно выбрать точный промежуток времени на тренде и экспортировать все данные за этот промежуток в XML-документ для дальнейшего использования в TIBCO Spotfire. Потоки данных при интеграции двух корпоративных решений PI System и WellView показаны на рисунке 5 справа.
Рисунок 6. Сокращение времени бурения на месторождении Игл-Форд
Технология MaraDrill позволяет значительно сократить время бурения скважин. На рисунке 6 показано значительное сокращение периодов от забуривания скважины до выхода на полную глубину в месторождении Игл-Форд в Южном Техасе. В 2012 и 2013 годах компании Marathon Oil удалось улучшить свои показатели более чем на 50 % и уменьшить время бурения скважины с 24 до 12 дней. Как видно, продолжительность бурения в 12 дней сохраняется уже в течение трех кварталов подряд.
Как известно, единственный способ сократить продолжительность бурения до 12 дней и менее – это подробный анализ всех событий, произошедших при бурении конкретной скважины. Отдельно следует отметить анализ событий для определения эффективности бурения, который проводится при помощи описания объектной модели в PI Asset Framework и выделения событий в PI Event Frames.
Бурение, как и другие операции в нефтегазовой отрасли, осуществляется 24 часа 7 дней в неделю, одна буровая бригада работает 12 часов днем, другая бригада работает 12 часов в ночную смену. У каждой буровой бригады 7 рабочих дней и 7 выходных. При таком подходе есть возможность все события разделить на группы: события бурения, события соединения и другие. Если глубина скважины увеличивается, то это эффективное событие. Под неэффективными событиями понимаются все необходимые операции, которые не приводят к увеличению глубины скважины, например, присоединение дополнительной трубы. При помощи анализа эффективных и неэффективных событий проводится сравнение и выясняется, какой буровой подрядчик и какая команда является лучшей и почему. Как можно построить объектную модель PI Asset Framework исходя из этих условий?
Прежде всего, в качестве основного элемента объектной модели принимается буровая установка, для каждой установки создается от 20 до 30 атрибутов-параметров, поступающих из PI System каждую секунду или чаще. Основным событием для буровой установки является процесс бурения скважины, длящийся 12-14 дней. Буровой установке будет соответствовать элемент PI Asset Framework, а каждой скважине – событие в PI Event Frames.
Рисунок 7. Экранная форма PI Coresight
На рисунке выше показано использование PI Coresight 2014 для отображения и анализа событий. В нижней части экрана представлены графики параметров, в левой верхней части отображаются буровые установки, работающие в заданном промежутке времени. Это элементы объектной модели PI AF. При этом в левой нижней части отображаются все события, которые произошли в выбранном промежутке времени.
Рисунок 8. MaraDrill. Моделирование технологического процесса
Одним из продвинутых инструментов технологии MaraDrill является моделирование технологического процесса в фоновом режиме, благодаря которому пользователи могут задать рекомендуемые при бурении значения параметров. На рисунке 8 на круговых индикаторах параметра нагрузки на долото, крутящего момента и других параметров бурения зеленым цветом обозначена рекомендуемая зона работы. Для выполнения буровых работ в систему управления бурением вводятся значения всех этих параметров. MaraDrill выполняет фоновое моделирование технологического процесса по заданных параметрам бурения, и далее оператору буровой установки остается только процесс бурения таким образом, чтобы фактические параметры соответствовали смоделированным.
Стоит отметить, что Marathon Oil приобрели лицензии на программное обеспечение PI System 25 назад, и компания все еще находит возможности для увеличения прибыли от вложений в эту систему. К примеру, в планах компании стоит совместное использование геоинформационной системы Esri ArcGIS и OSIsoft PI System.
Попробуем рассмотреть преимущества, полученные компанией от использования технологии MaraDrill.
Важным является факт, что по скорости бурения, выраженной в футах за сутки, компания Marathon Oil сумела обогнать все конкурирующие компании. Средняя скорость бурения у Marathon Oil составляет 1453 фута в сутки, а у их конкурентов — 1020 футов в сутки. Компания сумела достичь таких показателей благодаря применению продвинутых инструментов.
Что же касается экономической стороны вопроса, то следует отметить, что аренда одной буровой установки обходится компании в 80 000 долларов в день, и эта сумма учитывается при планировании расходов на бурение. В Marathon Oil используются 30 таких установок. Таким образом, при сокращении времени бурения можно говорить об экономии нескольких миллионов долларов в год.
