Цифровизация технологических процессов для предприятий нефтегазовой отрасли становится не только эффективным инструментом для последовательного и устойчивого роста в условиях жесткой конкуренции, но и практически единственным возможным решением для преодоления вызовов, ранее незнакомых нефтяной промышленности. Начавшаяся в 2020 г., пандемия COVID-19 подчеркнула необходимость и важность развития центров удаленного сопровождения в секторе эксплуатационного бурения. Цифровизация сервиса наклонно-направленного бурения в компании Baker Hughes в России началась в 2014 году. Наработки компании за 6 лет позволили исключить срывы производственных программ нефтегазодобывающих компаний в условиях исполнения обязательств по нераспространению COVID-19. Автоматизация и перенос процессов на дистанционное управление позволили сократить состав полевой партии с четырех до одного человека. Дальнейшая синергия с технологией автоматического процесса бурения существенно приблизит к концепции «буровая без людей». В данной статье будет раскрыта история развития Центра, используемые технологии и решения, которые позволяют осуществлять и контролировать технологические процессы по строительству скважины на удаленном управлении.
Центр удаленного сопровождения бурения и управления бурением (в дальнейшем RO-центр, от англ. remote operations – удаленное управление) позволяет выполнять обязанности и задачи полевого инженера из дистанционного офиса. Спектр выполняемых при этом задач различен: от программирования телеметрического забойного оборудования и управления КНБК в процессе бурения до передачи заказчику финальных данных. В текущих условиях, когда пандемия COVID-19 полностью изменила привычный порядок работы на нефтегазовых месторождениях, внеся коррективы в виде обязательных обсерваций для персонала, использование RO-центра позволяет значительно снизить риск распространения вирусной инфекции как для работников компании, так и для всего задействованного персонала на кустовых площадках.
Задачи, решаемые RO-центром:
- Снижение рисков в области ОТ, ПБ, ООС за счет сокращения задействованного персонала на буровой. Уменьшение рисков распространения коронавирусной инфекции.
- Минимизация НПВ, в том числе по человеческому фактору.
- Полное обеспечение сопровождения и управления процессом наклонно-направленного бурения в режиме реального времени.
- Круглосуточная техническая поддержка, включающая в себя штат специалистов по различным областям: оптимизация процессов бурения, геонавигация, контроль качества данных ГИС и инклинометрии.
- Эффективное взаимодействие c решением возникающих проблем силами смежных инженерных групп.
- Улучшение качества предоставляемого сервиса, за счет повышенной скорости принятий решений.
- Хранение агрегированных данных с буровой для заказчика на изолированном сервере с возможностью доступа в реальном времени.
Решение о развитии сервиса удаленного сопровождения было принято еще в 2013 г. Одной из стран для пилотирования технологии стала Россия, где представлено большое количество ВИНК-компаний. В 2014 г. на базе завода по производству нефтепогружного кабеля в Тюменской области был создан RO-центр. В процессе развития технологий удаленного сопровождения бурения, можно выделить несколько моделей (стадий) работы персонала на месторождениях (рис.1) при наклонно-направленном бурении.
По первой модели, использовавшейся по 2014 г. включительно, персонал на буровой площадке был представлен двумя инженерами по телеметрии и двумя инженерами-технологами, работавшими посменно день/ночь. На тот момент данная схема была распространена повсеместно среди нефтесервисных компаний, предоставляющих услуги по наклонно-направленному бурению. По мере развития спутниковых каналов связи, обеспечивающих коммуникацию с месторождениями даже в самых удаленных регионах, к 2019 г. удалось перейти ко второй модели удаленного сопровождения, сократив полевую партию до одного инженера по телеметрии и двух инженеров-технологов. При этом один инженер по телеметрии RO-центра уже мог вести работу дистанционно на четырех буровых одновременно. В 2020 г. была достигнута целевая модель работы, включающая в себя всего одного инженера-технолога на буровой, остальной объем работ выполнялся на дистанционно. За последние пять лет работы было пробурено десятки тысяч скважин на удаленном сопровождении, только за последний год эта цифра составила свыше 2200 скважин, при этом часть из них была пробурена полностью без присутствия полевого персонала компании на буровой.
При осуществлении процесса удаленного сопровождения бурения выделяется несколько этапов работы. На подготовительном этапе осуществляется завоз оборудования и бригады для монтажа оборудования (два человека), сборка и программирование телеметрической забойной системой, настройка спутникового комплекта VSAT/3G связи с последующей проверкой работоспособности средств связи с бурильщиком. После успешного тестирования спутникового комплекта координатор проекта оставляет заявку в RO-центр, заявка обрабатывается и принимается, о чем все заинтересованные службы заказчика получают уведомления со всеми необходимыми контактами. Начинается работа удаленного центра (рис. 2), оперативная партия уезжает или остается на время процесса наклонно-направленного бурения в зависимости от выбранной схемы работы.
На следующем этапе инженер удаленного сопровождения и управления бурением выполняет всю необходимую работу. Сбор и агрегация данных осуществляется по стандартам индустрии: WITSML, Modbus, PRODML, OPC-UA. При этом агрегация данных с буровой осуществляется в реальном времени, источниками могут являться как датчики станции ГТИ, так и датчики партии ННБ. Обмен данными с заказчиком происходит также в режиме реального времени по безопасному соединению. Выполняется проводка скважины по проектному профилю, построение каротажных планшетов. Осуществляется круглосуточная поддержка и контроль различными службами из RO-центра.
На заключительном этапе инженеры удаленного сопровождения обрабатывают финальные данные и отправляют заказчику отчетный пакет документов. Производится заезд оперативной бригады для демонтажа оборудования и комплекта связи.
Возможности, реализуемые RO-центром, заключаются в следующем:
- Наблюдение и контроль за скважиной в режиме реального времени со стороны координаторов проекта, инженеров по бурению, петрофизиков, прочих технических специалистов.
- Применение современного оборудования, позволяющего визуализировать графическую информацию для быстрого принятия коллективного решения.
- Использование технологий удаленного доступа обеспечивает надежную связь между бурильщиком и инженером дистанционного сопровождения в офисе.
Инфраструктурное обеспечение RO-центра осуществляется отдельными службами компании. На базе центра оборудованы 12 станций удаленного сопровождения и 10 станций удаленного управления бурением. Работу посменно осуществляют 35 инженеров по телеметрии и 21 инженер-технолог. Все специалисты имеют опыт в бурении свыше пяти лет. Каждая станция укомплектована собственными источниками бесперебойного питания, рассчитанными на 15 часов автономной работы в случае сбоя в электроснабжении центра. Помимо станций, собственные ИБП имеет серверное и сетевое оборудование центра. Передача данных дублируется шестью каналами связи от четырех провайдеров; голосовая передача VoIP представлена тремя различными провайдерами. Хранение и обработка данных осуществляется на отдельном зашифрованном сервере с отдельной независимой системой охлаждения.
За все время работы RO-центра было отработано свыше 90 000 человеко-смен, 100 % скважин компании сопровождаются дистанционно. Станции телеметрического сопровождения способны поддерживать 96 смен в сутки, станции технологического сопровождения скважин – до 60 смен в сутки. Удалось значительно сократить НПВ, связанное с человеческим фактором; сократить время на локализацию и устранение проблем; наработать огромный опыт и успешно его использовать в пользу верных решений. Одним из показательных результатов работы центра является пробуренная многозабойная скважинам с 15-ю боковыми стволами (рис. 3), т. наз. «березовый лист». Данная скважина была пробурена в Восточной Сибири при поддержке RO-центра, общая протяженность составила 12 349 м., при этом общая протяженность горизонтальной части боковых стволов – 10 253 м.
Другой пример, демонстрирующий необходимость развития подобных технологий – в июле 2020 года на месторождении в Западной Сибири компания обеспечила проводку горизонтальной секции без непосредственного присутствия сотрудников компании на буровой. Достигнуто опережение плановых показателей и не допущен срыв производственной программы заказчика, связанный с невозможностью оперативного заезда персонала на объект оказания услуг из-за пандемии COVID-19.
Дальнейшее развитие концепции «буровая без людей», помимо развития RO-центра, заключается в полной автоматизации процесса наклонно-направленного бурения. Такой технологией, позволяющей обеспечить непрерывность проводки скважины программным режимом бурения, является i-Trak. Данный сервис основан на базе искусственного интеллекта, наземного оборудования, а также данных от наземных и скважинных датчиков. Сервис, используя машинное обучение, в процессе наклонно-направленного бурения способен сам следовать проектной траектории скважины, производить гидродинамическое моделирование очистки скважины в реальном времени и постоянно мониторить динамику бурения с целью достижения максимальной эффективности и увеличения механической скорости проходки (рис. 4.). Сервис состоит из четырех компонентов, отвечающих за различные области в процессе строительства скважины. При этом возможно использование компонентов отдельно друг от друга.
Первым компонентом является функция автоматического следования. Искусственный интеллект, используя возможности замкнутых роторно-управляемых систем (РУС), автоматически подбирает оптимальные режимы бурения и производит следование плановой траектории скважины. Производится непрерывный подсчет фактического расстояния от планового с использованием как статических замеров, так и значений наддолотного инклинометра (зенит, азимут) в реальном времени. Без участия человека производится построение прогнозного профиля с учетом рисков пересечений. В случае отклонений, происходит автоматическая коррекция положения КНБК. Данный компонент позволяет существенно снизить человеческий фактор и разгрузить инженера-технолога, которому остается только контролировать работу системы.
Второй компонент сервиса – гидравлические расчеты. В данном компоненте используется цифровой двойник в процессе моделирования различных процессов в реальном времени. Входными данными являются показания скважинных и наземных датчиков. Данный компонент имеет несколько подсистем:
- Консультант по спуско-подъемным операциям. Защищает от эффектов свабирования/поршневания на любых глубинах при включенных и выключенных буровых насосах. Производит раннее информирование, позволяющее избежать нарушения граничных градиентов давления вдоль всей бурильной колонны.
- Автоматический расчет весов и крутящего момента. Искусственный интеллект считывает показания с датчиков и при помощи машинного обучения экстраполирует показатели, сигнализируя при отклонениях. Учитывает фактический скважинный коэффициент трения, реагирует при его увеличении.
- Давление в скважине. Контролирует значений ЭЦП и ЭСП в процессе бурения. Калибрует показания расхода промывочной жидкости согласно датчику затрубного давления.
- Очистка скважины. В реальном времени строится модель шламообразования, рассчитывается требуемый расход для очистки скважины и визуализируется в схематическом разрезе скважины.
Третьим компонентом сервиса является динамика бурения. Данный компонент производит постоянный мониторинг вибрационных явлений в процессе бурения и непрерывное определение твердых пропластков. На основании полученных данных выдаются рекомендации по минимизации преждевременного износа породоразрушающего инструмента.
Последний компонент – буровой консультант. Заменяет процессы по ручной интерпретации данных, руководств по эксплуатации, локальных нормативных документов работниками на автоматическую интерпретацию. Создает контекстно-зависимые рабочие инструкции с последующим обязательным заполнением журналов аудита. В итоге полевые инженеры строго следуют всем необходимым процедурам и нормативам. Использование данного сервиса позволило поставить рекорд скорости строительства секции 311,2 мм на морской буровой платформе в Северном море. Моделирование цифрового двойника скважины позволило сократить срок строительства секции на 23 часа (ускорение 10,3 % от плана), при увеличении рейсовой скорости. Система была интегрирована с наземными сенсорами реологии АМР и датчиком затрубного давления.
Реализация концепции «буровая без людей» требует глубокого понимания процессов, происходящих при строительстве скважины. В совокупности с этим необходимо использовать комплексные решения для автоматизации процессов на буровой, особенно на фоне распространения коронавирусной инфекции COVID-19. Данный подход, когда традиционная нефтегазовая отрасль внедряет цифровые технологии, существенно оптимизирует цепочку технологических процессов, что в конечном итоге позволяет сократить издержки при производстве работ на месторождениях.
