Газпром нефть: Цифровизация бурения скважин
C 2018 года ПАО «Газпром нефть» системно испытывает и внедряет цифровые технологии геосупервайзинга бурения скважин, открывающие новые возможности не только техники и технологии строительства скважин, но и в системе организации и управления буровым производством на месторождениях [1]. В настоящее время, по результатам первого в нефтяной отрасли тендера на услуги геосупервайзинга с управлением буровыми работами, на трех объектах ведется управляющий супервайзинг в едином пространстве инжиниринга подрядчиков – бурового экипажа.
Новая стратегия-2030 ПАО «Газпром нефть», направленная на повышение качества и скорости принимаемых решений через внедрение цифровых технологий, коррелируется с главной задачей – повышением эффективности прироста добычи нефти. Обеспечение роста объемов добычи нефти без радикального изменения техники и технологии бурения скважин требует, как минимум, удвоить парк буровых установок, что существенно снижает рентабельность разработки месторождений (рис.1).
К тому же, тенденция увеличения длины горизонтального ствола приближает длину горизонтальных скважин в среднем к 4500 м. Требуется замена БУ на более грузоподъемные, что можно совместить с переоснащением парка на автоматизированные буровые установки (АБУ). В 2021 году бурение горизонтальных скважин превысит 50% от всего объема эксплуатационного бурения и продолжит расти [2].
Повышение уровня сложности скважин, особенно по проектам трудноизвлекаемых запасов нефти, в т.ч. из твердого органического вещества – керогена баженовской свиты, требует создания научно-обоснованных технологических решений оптимизации процессов бурения на основе адаптивной системы на единой цифровой платформе и мультидисциплинарного и кросс-функционального взаимодействия сотрудников подрядных организаций, участвующих в реализации буровых проектов [3, 4].
Для эффективного разбуривания месторождений и приращения добычи нефти без увеличения парка БУ, помимо переоснащения на АБУ, необходимы современные цифровые технологии, программное обеспечение, специалисты цифровых профессий и принципиально новая организация управления буровыми работами, основанная на интеграции геосупервайзинга с буровым экипажем в едином пространстве штаб-вагона.
Термины и определения, касающиеся буровой цифровизации, которым нет и трех лет, все увереннее входят в научный и производственный лексикон [5]:
Цифровизация бурения — эффективный путь повышения производительности труда на основе цифровой станции геолого-технологических исследований (ГТИ), управляемой геосупервайзером с буровым экипажем.
Геосупервайзер − специалист цифровой профессии на основе интеграции специальностей: геофизика геолого-технологических исследований скважин и буровой супервайзер.
Геосупервайзинг – буровой супервайзинг, интегрированный с цифровой станцией геолого-технологических исследований для объективного мониторинга состояния ствола скважины, оборудования и технологических процессов в реальном времени, и оперативного принятия решения непосредственно на объекте.
Буровой экипаж – коллектив представителей подрядных предприятий по направлениям инжиниринговой деятельности, объединяемый буровым супервайзером в упорядоченную иерархическую структуру с целью управления подготовительными работами к бурению, углублением скважины, геонавигацией, проработкой и промывкой ствола скважины, геофизическими и геолого-технологическими исследованиями, подготовкой ствола скважины к спуску обсадных труб, цементированием колонны и выполнением других операций в едином пространстве штаб-вагона.
Целью геосупервайзинга является повышение эффективности бурения нефтегазовых скважин за счет интегрирования сервисных подрядчиков переходом к цифровой системе управления производственными процессами на буровом объекте на инновационной платформе единого пространства взаимодействия подрядчиков, как бурового экипажа.
Основные задачи геосупервайзинга:
1. Повышение качества геолого-технологических исследований;
2. Повышение эффективности супервайзинга за счет высвобождения времени бурового супервайзера, затрачиваемого на отчетность;
3. Оптимизация отчетов служб ГТИ и супервайзинга за счет их интеграции;
4. Оптимизация взаимодействия персонала на буровом объекте на едином пространстве штаб-вагона;
5. Снижение аварийности и осложнений при эксплуатации бурового инструмента и формировании ствола скважины за счет программного обеспечения (ПО) мониторинга в реальном времени процессов на основе буровой геомеханики и «цифровых двойников» [6].
Пост геосупервайзинга укомплектован цифровой станцией ГТИ, соответствующей Национальному стандарту, и штаб-вагоном, функционально обеспечивающим единое пространство работы бурового экипажа.
Цифровая станция геосупервайзинга, разработанная на базе современных технологий, включает:
• цифровые датчики, способные хранить заводские калибровки и имеющие уникальные идентификаторы;
• цифровые технологии передачи данных, видеонаблюдения, телефонии;
• систему мониторинга технологических процессов и состояния бурового оборудования в реальном времени.
В системе сбора данных использовано только защищённое лицензионное кроссплатформенное программное обеспечение. Цифровая станция геосупервайзинга контролирует качество и достоверность материала (нередактируемая база данных кодов АЦП датчиков, GPS/Глонасс синхронизация времени сбора данных, регистрация событий и состояния сервера сбора и др.). Конфигурируемый модуль работы с WITS и WITSML протоколом работает как на передачу данных, так и на приём для интеграции в систему сбора данных сторонних устройств и служб (станций контроля цементирования, геофизических исследований, геонавигации и др.) с возможностью визуализации данных всех участников процесса, в том числе на мониторе бурильщика.
Цифровая станция геосупервайзинга имеет возможность:
• Удалённого управления и настройки системы сбора информации. База данных оптимизирована для хранения подобного рода информации на дисках, а также для передачи данных при малой пропускной способности Интернет канала.
• Выгрузки и синхронизации данных проекта в облако. Производить резервное копирование данных проекта с настраиваемой периодичностью на любые компьютеры, находящиеся в текущей локальной сети.
Цифровая станция геосупервайзинга:
• обеспечена цифровой переговорной системой всех участников процесса (в том числе бурильщика и удалённых пользователей) с возможностью как абонентских сообщений, так и селекторной связи, а также с функцией записи всех разговоров.
• оснащена системой с активной дегазацией раствора во взрывозащищённом исполнении.
• исключает потери данных при перебоях с линией связи до буровой либо с проблемами сервера регистратора длительностью не менее 1 часа (буферизация данных в регистраторах на буровой).
Для повышения эффективности управления сервисными подрядными предприятиями 02 апреля 2019 г. начались опытно-промышленные испытания геосупервайзинга интегрированием штаб-вагона, цифровой станции ГТИ и супервайзинга. Тайлаковское нефтяное месторождение, со сложным для бурения геологическим разрезом, расположено в пятистах километрах от основной базы ПАО «Славнефть-Мегионнефтегаз» и функционирует практически автономно, что требует особой ответственности буровиков. Их квалификация должна быть высокой для поддержания безаварийного бурения глубоких скважин высокого уровня сложности с протяженным до километра горизонтальным стволом в юрских пластах.
Запуск Цифрового геосупервайзинга на базе штаб-вагона с буровым экипажем произвели из офиса ООО «Газпромнефть НТЦ» И.Ф. Рустамов, исполнительный директор по проектно-функциональному обеспечению активов ООО «Газпромнефть НТЦ» и В.В. Кульчицкий, президент АО «Научно-исследовательский и проектный центр газонефтяных технологий», научный руководитель разработки цифровых технологий управления строительством скважин (рис. 1).
Интегрированный сервис предполагает переход представителей сервисных подрядчиков (бурового экипажа) из своих отдаленных от буровой вагон-домов в Штаб-вагон с открытой планировкой. Переход продиктован целесообразностью взаимодействия и работы бурового экипажа в едином пространстве при выполнении подготовительных работ к бурению, углублении, проработке и промывке ствола скважины, геонавигации, геофизических и геолого-технологических исследованиях, подготовке ствола, спуске и цементировании колонны обсадных труб. Штаб-вагон находится в рядом с буровой установкой, существенно экономит площади, обеспечивает рост эффективности работы специалистов [7]:
В первой секции младший геосупервайзер совместно с инженером по буровым растворам исследует шлам, собирает, анализирует и хранит геологические данные.
Во второй секции геосупервайзер управляет цифровой станцией ГТИ, анализирует информацию и совместно с супервайзером принимает оперативные решения.
В третьей секции рядом с супервайзером расположено рабочее место бурового мастера, за ним геонавигаторы со станцией управления траекторией ствола скважины. Предусмотрены рабочие места для стажеров-молодых специалистов и испытателей новых технологий.
Все задействованные на буровом объекте подрядчики делегировали специалистов в штаб-вагон для выполнения сервисных услуг, группового обсуждения и детального анализа принимаемых оперативных решений. Совместная работа в штаб-вагоне стимулирует активное взаимодействие сервисных подрядчиков и оперативный обмен достоверной информацией. Цифровые датчики обеспечивают высокоточный контроль геолого-технологических параметров строительства скважины с минимальными погрешностями измерений, а программные средства своевременно сигнализируют об отклонениях и оптимизируют процесс подготовки отчетных материалов. Работа на едином пространстве вовлекает сотрудников в обмен мнениями при «мозговом штурме», позволяет быстро решать деловые вопросы и оперативно принимать решения. Супервайзер в штаб-вагоне создает обстановку «чувства локтя», выбирая формат общения для решения производственных задач, а электронные средства связи служат для согласования необходимых решений с центрами управления заказчика (рис. 2, а).
При достижении проектной глубины, геолог Центра управления бурением нефтяной компании на основе шламограммы и каротажа телеметрической системы, показывающих высокие фильтрационно-емкостные свойства вскрываемого нефтяного пласта, дал команду рассмотреть возможность удлинения девятисотметрового горизонтального ствола на 200-300 метров. Буровой экипаж в составе супервайзера, бурового мастера, геосупервайзера, инженера по буровым растворам, геонавигатора и инженера технического предела приступили к принятию решения (рис. 2, б):
В результате пятиминутного «мозгового штурма» экипажем установлены следующие граничные условия и определены риски при выполнении указания:
Супервайзер: буровая установка не оснащена системой верхнего привода, что усложняет формирование ствола скважины и доведение нагрузки на забой, повышает риски прихвата инструмента.
Буровой мастер: необходимо заказать дополнительный бурильный инструмент и обсадную колонну под хвостовик, на что требуется время.
Инженер по буровым растворам: для уменьшения плотности нужно подготовить 40 кубометров бурового раствора.
Геосупервайзер: Увеличится время бурения до полутора суток и необходимо запланировать дополнительную шаблонировку ствола скважины.
Четкая аргументация, основанная на расчетах и производственном опыте членов бурового экипажа, позволила отказаться от удлинения горизонтального ствола и исключить явные риски осложнений или аварий. При добуривании квадрата действительно стал зависать инструмент и проходка уменьшилась.
Первая наклонно-направленная скважина пробурена за 9,6 суток с опережением графика на 2,4 суток. Вторая горизонтальная скважина глубиной 4192 м и длиной горизонтального ствола 962 м пробурена с ускорением 1,1 суток (табл. 1). Получены результаты ОПИ геосупервайзинга на кусту № 88 Тайлаковского месторождения, согласно протоколу научно-технического совета от 16.07.2019 г.: сокращение сроков строительства скважин, повышение качества буровых работ, исключение осложнений и аварий, значительное снижение вероятности технологических и управленческих ошибок.
При переходе на цифровой технологический уровень при бурении скважин решающим фактором является апробирование новых технико-технологических решений, программного обеспечения, коммуникаций, логистики и подготовка непосредственных исполнителей буровых работ (буровой бригады и сервисных подрядчиков). Геосупервайзинг на базе штаб-вагона обеспечивает супервайзеру эффективное управление буровым производством за счет перераспределения полномочий специалистов на буровом объекте, единого управления процессами и оперативного принятия решений. Ключевые показатели эффективности управляющего геосупервайзинга:
1. Освобождение супервайзера от канцелярской работы.
2. Исключение манипуляции сервисов с документами и информацией.
3. Все подрядчики находятся в поле зрения: видно кто чем занимается и насколько загружен.
4. Минимизация времени на принятие решений.
5. Получение интегрированных знаний смежных сервисов.
6. Создание среды, благоприятной для обеспечения испытаний новой техники и технологий.
7. Формирование условий цифрового дистанционного интерактивно-производственного обучения кадрового резерва ПАО «Газпромнефть» и буровых сервисов.
Взаимодействие специалистов сервисных предприятий при геосупервайзинге строительства скважин осуществляется на основе регламента, устанавливающего единые требования для специалистов подрядных организаций, участвующих в геосупервайзинге буровых работ в составе бурового экипажа.
Выводы:
1. Промышленное применение геосупервайзинга формирует высококвалифицированные коллективы специалистов, владеющих расширенными лидерскими и управленческими навыками и обладающих междисциплинарными компетенциями в технике и технологии бурения, в т. ч. со знаниями в области цифровизации геофизических исследований, геонавигации и автоматизации.
2. Пост геосупервайзинга максимально благоприятствует испытанию новой техники и технологий бурения скважин, программного обеспечения, конструкции и архитектуры стволов скважин, объектов и элементов инфраструктуры строительства скважин, в том числе форм организации труда и управления производством, т.е. выполнению функций бурового испытательного полигона.
3. Пост геосупервайзинга изначально используется как цифровой Полигон дистанционного интерактивно-производственного обучения студентов, стажировки молодых специалистов и дополнительного профессионального образования.
4. Оснащение штаб-вагона оборудованием для видео-конференц-связи позволит проводить совещание с офисом и буровым экипажем.
5. Цифровизация бурения скважин подготовит переход буровых подрядчиков и сервисных предприятий на автоматизированные буровые установки и обеспечит рентабельный рост добычи нефти.
Список используемой литературы:
1. Ильичев С.А., Кульчицкий В.В., Спиридонов В.П. и др. Цифровой геосупервайзинг бурения оптимизированного дизайна скважин. Нефтяное хозяйство. № 1-2019. С.10-13.
2. RPI: Динамика рынка бурения в 2017 году внушает оптимизм. ROGTEC. Апрель 24, 2018. С. 16-27.
3. Билинчук А.В., Рустамов И.Ф., Булгаков Е.Ю. и др. Принципы построения интегрированных систем управления операционной деятельностью на примере центра управления бурением группы компаний «Газпром нефть». ROGTEС. Российские нефтегазовые технологии. №54 — сентябрь 2018. С. 36-44.
4. Кульчицкий В.В., Пархоменко А.К., Ильичев С.А. и др. Адаптивная система управления бурением скважин на базе единой цифровой платформы. Патент на изобретение RU №2703576. Приоритет от 18.01.2019.
5. Кульчицкий В.В. Супервайзинг строительства нефтяных и газовых скважин. Производственно-практическое издание. М.: Вече. 2019. 367 с.
6. Кульчицкий В.В., Ильичев С.А., Насери Я.С., Демин М.Д. Исследования зависимости крутящего момента от реактивных сил, действующих на замковые резьбовые соединения бурильных труб. Газовая промышленность. № 1 – 2020.
7. Кульчицкий В.В., Ильичев С.А., Александров В.Л. и др. Буровой экипаж. Учебно-научный фильм. Лаборатория мультимедиа АО «НИПЦ ГНТ». 2019.
Authors:
И.Ф. Рустамов, исполнительный директор по проектно-функциональному обеспечению активов ООО «Газпромнефть НТЦ»
К.В. Кулаков, директор по развитию функции «Бурение и внутрискважинные работы» ООО «Газпромнефть НТЦ»
С.А. Ильичев, заместитель генерального директора по строительству скважин ООО «Газпромнефть-Оренбург»
В.В. Кульчицкий, президент АО «Научно-исследовательский и проектный центр газонефтяных технологий»
