Развитие информационных технологий на современном этапе нефтегазовых операций способствует ускорению решения задач оперативного анализа геолого-технологических ситуаций при разработке месторождений, что направлено на ускоренное принятие решений по оптимизации добычи углеводородного сырья.
Появление компьютерных технологий, с 80-х годов прошлого столетия, и их внедрение в нефтегазовую промышленность позволило на поэтапной основе разрабатывать численные (имитационные) модели функционирования пластовых резервуаров, с применением математического аппарата многомерной неизотермической фильтрации трехфазных систем. Решаемые до настоящего времени задачи в этом направлении обеспечивают детальный анализ состояния разработки нефтегазовых месторождений и прогнозирование показателей эксплуатации объектов добычи на перспективу, с оценкой добычных возможностей систем «нефтегазосодержащий пласт – скважины».
Также, развитие технологий визуализации технологических процессов в комплексе с новыми техническими средствами измерения параметров, начиная с нынешнего столетия позволило перевести аналоговые системы телемеханизации процессов добычи и транспортировки углеводородного сырья на цифровые системы, позволяющие создавать имитационные модели наземного обустройства месторождений. Это способствовало переводу на качественно новый уровень системы автоматизации технологических процессов, с существенным уменьшением негативного влияния «человеческого фактора» в управление объектами добычи [1,2].
В настоящее время широкое применение находят коммерческие программно-технические комплексы, позволяющие производить расчеты в динамическом режиме системы «нефтегазосодержащий пласт- скважины – системы наземного обустройства месторождений». Эти комплексы позволяют решать отдельные задачи по анализу эффективности работы систем наземного обустройства месторождений в увязке с системами скважин и используются преимущественно при системном анализе и прогнозировании добычных возможностей месторождений.
Вместе с тем, наличие вышеуказанных программно-технических комплексов в нефтегазовых операциях не до конца решают задачи оперативного анализа производственных ситуаций для существенного снижения потерь добычных возможностей месторождений [5].
В связи с этим дальнейшие работы в развитии систем цифровизации должны быть направлены на разработку инструментальных средств, предназначенных непосредственно для производственно-технологических служб месторождений. Эти инструментальные средства должны разрабатываться для решения задач по действенному мониторингу состояния эксплуатации технологических систем во временном периоде, с выявлением в многокритериальной области анализа, факторов обуславливающих снижение производительности скважин и наземных технологических систем в едином комплексе.
В нефтегазовой промышленности Узбекистана ведутся работы, направленные на разработку и внедрение систем цифровизации по каждому месторождению целевым назначением для существенного повышения информатизации геолого-технологических параметров разработки месторождений и добычи углеводородного сырья.
Работы, направлены на создание глобального программно-технического комплекса для оперативно-технологических служб месторождений, НГДУ и аппарата компании, включающего в себя измерительные системы в единой технологической цепочке сбора и подготовке газа «скважины – УППГ/УКПГ – ДКС - газопровод», системы передачи радио и проводных сигналов, созданием взаимоувязанных пакетов прикладных программ, распределенных по рабочим местам геологических и технологических служб (рис.1).
Основными задачами при разработке системы определены:
- информатизация процессов в системе «скважина-ГСП-УППГ/УКПГ-ДКС»;
- диагностика скважин, технологических систем информатизации;
- определение причин изменения технологических параметров и выхода из эксплуатации технологических систем;
- принятие решений по восстановлению производительности технологических систем по результатам оперативного анализа производственных ситуаций;
- оперативный прогноз добывных возможностей скважин и месторождений в целом, на период до одного года, с учетом оценки эксплуатационной надежности систем наземного обустройства.
При разработке программно-технического комплекса использованы логические основы производства скважинных операций со стороны персонала месторождений, геолого-технологических служб НГДУ и аппарата компании. Произведена цифровизация действий персонала по оперативному анализу ситуаций и на этой основе разработана цифровая логика по диагностике состояния эксплуатации комплекса обустройства месторождений, созданием локальных программных продуктов, основанных на численных, статистических и стохастических алгоритмах анализа ситуаций [3,4].
В процессе разработки системы выявилась необходимость интеграции разрабатываемой системы цифровизации месторождений с АСУТП отдельных технологических установок. В связи с этим, в создаваемый программно-технический комплекс интегрирован аппарат «SCADA» технологических процессов в части передачи информационных потоков и визуализации информации, на различных уровнях анализа, диагностики и прогнозирования.
В целом, созданная система является четырех уровневой системой, используемой как для оперативного, так и для системного анализа производственно-технологических ситуаций со стороны инженерного персонала служб, осуществляющих нефтегазовую деятельность на месторождениях, в аппаратах НГДУ и компании.
Уровень 1. Инженер – оператор, обслуживающий систему скважин, подключенных к одному газосборному пункту, системам сепарации и компримирования газа. Количество рабочих мест устанавливается в зависимости от количества газосборных пунктов, технологических систем сепарации и компримирования газа.
Уровень 2. Геолого-технологическая служба месторождения. Оборудована рабочими местами старшего геолога и старшего технолога месторождения.
Уровень 3. Геолого-технологическая служба НГДУ. Оборудована рабочими местами старшего инженера геологической службы, старшего инженера службы эксплуатации технологических систем, старшего инженера по ведению баланса добычи и поставки газа.
Уровень 4. Геолого-технологические отделы компании. Оборудованы рабочими местами старшего инженера геологического отдела, старшего инженера отдела бурения и капитального ремонта скважин, старшего инженера отдела добычи углеводородного сырья, старшего инженера отдела ведения баланса газа.
Распределение многозадачной области нефтегазовых операций по 4 уровням информатизации, анализа ситуаций и прогнозирования, при разработке программно-технического комплекса, произведено в прямой зависимости от решаемых задач.
Уровень 1. Цифровая система анализа по рабочему месту инженера-оператора ГСП. В целях максимально возможного охвата текущих ситуаций в добыче разработана с применением web-технологий и системы визуализации информационных потоков в одном окне, на оперативном уровне (рис. 2).
Система визуализации интегрирована с SCADA технологического процесса сепарации и компремирования газа. Базовые алгоритмы системы разработаны с разработкой алгоритмов численной модели сбора газожидкостной смеси от системы скважин до газосборного пункта с установленными системами сепарации и компремирования газа. Учитывая , что получение информации по реальным дебитам скважин на их устьях, при течении трехфазных смесей, является высокозатратным мероприятием, локальный программный продукт по этой задаче разработан исходя из регистрации раздельных дебитов по газу, газовому конденсату и воде утилизируемых в системе 3-х фазной сепарации по группе скважин, с расчётом дебитов каждой отдельной скважины исходя из разработанной численной модели.
Также, учитывая осуществяляемые работы по продувке скважин разработан алгоритм по оценке затрат газа связанный с выпуском газа в атмосферу. Исходя из условий оценки полных затрат газа на технологические нужды при дегазации конденсата и в компремировании, разработы алгоритмы технологической оценки этих объемов в реальном режиме времени, для организации полного учета газа на СНИП в системе сбора газа.
Решение этой задачи направлено на оптимизацию затрат, на основе анализа информационных потоков по гидродинамическим характеристикам функционирования комплексной системы добычи газа.
В целях своевременной оценки изменения параметров технологического режима эксплуатации скважин для принятия оперативных решений по оптимизации добычи углеводородного сырья разработан интерфейс рабочего места инженера-оператора ГСП, позволяющий организовать визуальный цифровой анализ эффективности эксплуатации технологических систем в реальном масштабе времени.
В целом, рабочее место инженера-оператора ГСП позволяет автоматизировать его должностные функции с решением нижеследующих задач:
- диагностика эффективности технологического режима работы каждой отдельной скважины и в целом всех скважин подключенных к ГСП;
- оценка соответствия установленных плановых показателей добычи газа реальным значениям продуктивности скважин;
- комплексную диагностику эффективности работы интегрированной системы «скважины-внутрипромысловые газопроводы-сепарация газа-ДКС»;
- ведение оперативного учета газа и технологических потерь в процессе операционной деятельности.
Уровень 2 Цифровая система, по этому уровню, направлена на решение оперативных задач по всему месторождению в целом, интеграцией потоков информации по всем ГСП, ведением оперативного учета газа в целом по объектам разработки и добычи газа (рис. 3).
На этом уровне задачи информатизации связаны с полным управлением информационными потоками по всем скважинам месторождения, визуализацией всех технических систем в едином технологическом цикле.
В основу этой системы заключена задача оценки технологического режима эксплуатации скважин и систем наземного обустройства месторождений в едином интегрированном поле эксплуатации месторождения. В этой системе производятся расчеты, связанные с технологическим учетом газа в целом по месторождению, в комплексе с анализом соответствия фактических показателей добычи с установленными плановыми показателями.
Система этого уровня наделена алгоритмами анализа эффективности эксплуатации всего фонда скважин, в зависимости от их продуктивности по полному комплексу эксплуатации месторождения в разрезе газосборных пунктов. Цифровая система информатизации и анализа эксплуатации месторождения создана с оборудованием 2-х рабочих мест специалистов, в операторной месторождения, отвечающих за эффективность разработки месторождения и эксплуатации наземных систем.
Рабочее место инженера-геолога наделено нижеследующими автоматизированными функциями:
- анализ геофизических и гидродинамических исследований скважин;
- оценка текущей продуктивности месторождения на основе сетевых расчетов текущих геологических запасов;
- анализ эксплуатационных характеристик фонда скважин в изменяющихся параметрах технологического режима эксплуатации;
- оперативный анализ эффективности разработки подземной части месторождения;
- оперативный прогноз показателей эксплуатации скважин на последующие периоды работы.
Рабочее место инженера-технолога по эксплуатации наземных систем представлено визуализацией технологических процессов сбора, подготовки и транспортировки газа. Цифровые потоки информации по каждому ГСП, интегрируются с цифровыми потоками технологического режима установок комплексной подготовки газа на выходе из месторождения, что позволяет отслеживать в реальном масштабе времени эксплуатационную надежность всей системы наземного обустройства месторождения, с анализом текущих технологических ситуаций. На основе интегрирования цифровых потоков, а также по комплексному алгоритму обработки информации производится полная оценка по технологическому балансу углеводородного сырья (подготовленный газ, газовый конденсат), от каждой отдельной скважины до выхода из месторождения.
В целом, задачами анализа ситуаций по рабочему месту инженера-технолога являются:
- оценка технологического режима эксплуатации интегрированной системы «ГСП-газотранспортные коммуникации-УКПГ-базовая ДКС-выход газа из месторождения»;
- ведение технологического учета газа в системах добычи, с учетом всех затрат газа на СНИП;
- диагностика эксплуатационной надежности систем наземного обустройства месторождения;
- оперативное прогнозирование влияния изменения геолого-технологических факторов на эксплуатацию систем наземного обустройства месторождения.
Уровень 3 Цифровая система нефтегазодобывающего управления представлена с визуализацией информационных потоков по группе месторождений, входящих в систему управления предприятия. Этот уровень цифровизации направлен на организацию системного анализа геолого-технологических и технических ситуаций в добыче газа по всему комплексу месторождений. Система цифровизации устанавливается в производственно-диспетчерской службе НГДУ, для работы персонала геологической службы, службы добычи углеводородного сырья и ведения баланса газа (рис. 4).
Рабочее место старшего инженера геологической службы создано целевым назначением для решения нижеследующих задач в информационном потоке, поступающем от всех месторождений, и включает решение нижеследующих задач:
- оперативная оценка эффективности эксплуатации фонда скважин по НГДУ с системным анализом соответствия фактических продуктивностей месторождений проектам разработки;
- оперативная оценка дренируемых запасов углеводородного сырья по месторождениям и соответствия текущих запасов утвержденным параметрам;
- оценка эффективности производства ремонтных работ на скважинах;
- ведение базы данных по производимым работам геофизических и гидродинамических исследований скважин.
Рабочее место старшего инженера службы добычи углеводородного сырья создано для ведения технологического учета добываемого и поставляемого на газоперерабатывающие заводы природного газа и стабильного газового конденсата на НПЗ и наделено нижеследующими функциями:
- оперативная оценка влияния изменения технологических режимов эксплуатации отдельных месторождений на общий баланс добычи и поставки природного газа;
- мониторинг эксплуатации газотранспортных систем по всем месторождениям до пунктов передачи природного газа смежным предприятиям;
- систематизация факторов, негативно отражающихся на объемах добычи газа по всей системе эксплуатации месторождений;
- прогнозирование интегрированных параметров добычи газа по всей выборке месторождений на ближайшую перспективу;
- ведение баланса добычи и поставки природного газа, газового конденсата на дальнейшую переработку.
Уровень 4 Цифровая система по комплексу добычи газа по всем месторождениям компании включает в себя информационные потоки получаемые от всех НГДУ в реальном режиме времени, их интеграцией в единую технологию анализа ситуаций в задачах оперативного анализа состояния добычи газа, в комплексе с ведением полного баланса газа (рис. 5).
Задачи, решаемые на этом уровне цифровизации в целом по аппарату компании агрегированы по деятельности департаментов геологии и разработки месторождений, добычи углеводородного сырья.
Интерфейс системы цифровизации аппарата компании разработан в интегрированном поле деятельности специалистов занимающихся разработкой месторождений, а также добычей углеводородного сырья в едином электронном поле визуализации.
Цифровая система устанавливается в центральной производстенно-диспетческой службе компании и обеспечивает решение нижеследующих задач:
- сопоставительный анализ соответствия фактической добычи углеводородного сырья с установленными плановыми показателями, оперативной оценкой технологических и технических факторов, негативно отражающихся на уровнях добычи;
- результаты диагностики полной системы скважин по всем месторождениям компании на соответствие с проектными показателями разработки месторождений;
- эффективность капитального ремонта скважин с выявлением технологического эффекта от их производства;
- эффективность работы технологических систем добычи газа по всему комплексу месторождений;
- оперативная оценка баланса газа в системе добычи компании, с анализом его использования на технологические нужды.
Разработан комплексный интерфейс рабочих мест для работников геолого-технологических подразделений аппарата компании позволяющий в едином технологическом поле отслеживать динамику параметров добычи углеводородного сырья и осуществлять построение трендов определяющих изменения показателей, использованием всей ретроспективы изменения параметров, а также прогнозировать показатели добычи на ближайшую перспективу.
Программно-технический комплекс разработан с использованием микросервисной архитектуры распределенных систем, устойчивой к ошибкам масштабируемой в зависимости от увеличения объёмов решаемых задач.
Создание базы данных осуществлено с применением технологии PostgreSQL на языках программирования Java и JavaScript.
Заключение
Внедряемая в настоящее время на объектах АО «Узбекнефтегаз» система цифровизации в перспективе должна обеспечить решение глобальной задачи по переводу геолого-технологических служб месторождений, НГДУ и аппарата компаний на качественно новый уровень деятельности, позволяющий существенно усилить работы направленные на оптимизацию добычи углеводородного сырья, с оперативным принятием решений по разработке и внедрению геолого-технологических мероприятий интенсификации добычи газа.
Литература
1. Еремин Н.А. Информационные технологии и автоматизация в нефтегазовой отрасли / Газовая промышленность. - 2012. - № 5/674. - С. 2-4.
2. Концепция обустройства месторождений, реализованных на принципах малолюдных технологий (интеллектуальное месторождение): [cборник докладов] / Материалы V Международной конференции. Современные технические инновационные решения, направленные на повышение эффективности реконструкции и технического перевооружения объектов добычи углеводородного сырья / В.Е. Столяров. - М. : ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 10-13 октября 2016. - С.15-28.
3. Назаров У.С. Информационная система анализа разработки нефтегазовых месторождений / Известия АН РУз, серия: «Информатика». - 1993. №6.
4. Назаров У.С., Садуллаев Р., Пягай Н.А. Алгоритмическая система оперативного анализа процессов разработки нефтегазовых месторождений / Фонд алгоритмов и программ УзНПО Кибернетика. - 1993. - № ГР 371.
5. Yang, X., Bello, O., Yang, L., Bale, D., & Failla, R. (2019, March 22). Intelligent Oilfield - Cloud Based Big Data Service in Upstream Oil and Gas. International Petroleum Technology Conference.
