Цифровая модель для обустройства и эксплуатации нефтегазового месторождения (ЦМОЭМ) как важный шаг построения интеллектуального месторождения

Шалбус Карибов
Директор Департамента нефти и газа ЗАО «НЕОЛАНТ»

Первые шаги автоматизации

Сегодня топливно­энергетический комплекс является одним из наиболее крупных секторов экономики в России. Предприятия ТЭК, в частности нефтегазовые, одними из первых включились в процесс информатизации и автоматизации производства и добились сегодня хороших результатов. И это не удивительно: здесь острая необходимость в управлении сложным производством совпала с широкими финансовыми возможностями.

Для нефтегазовых компаний потребность в информатизации производства обусловлена структурными особенностями предприятий. Одна из них — территориальная распределенность подразделений: зачастую предприятия расположены в самых удаленных точках страны, в то время как управляющие компании — в центре. Другая особенность — многообразие производственных и бизнес­процессов. Если прибавить к этому жесткую конкуренцию в отрасли как с отечественными, так и зарубежными компаниями, контроль со стороны акционеров и государства, то становится понятно, что эффективное управление предприятиями ТЭК без внедрения современных информационных технологий затруднительно.

Однако активная информатизация так называемой «первой волны» носила локальный характер: компании внедряли специализированный софт для решения конкретных узких задач — логистики, проектирования, добычи, разведки, автоматизации финансовой деятельности и т.д. (например, ERP­системы для управления трудовыми ресурсами предприятия). Подобная хаотичность и фрагментарность не всегда позволяла достичь того уровня эффективности от внедрения информационных технологий, на какой рассчитывало руководство, решаясь на автоматизацию.

Сегодня у участников рынка сформировалось не только понимание плюсов информатизации, но и четкое видение ее перспектив. И один из главных выводов, который сделан по итогам «первой волны», — максимальный эффект от информатизации производства достигается при системном подходе к ее реализации. И сейчас нефтегазовые предприятия стараются вырабатывать долгосрочную стратегию развития, рассчитанную на 10 и более лет.

«Вторая волна» автоматизации

Главная тенденция сегодняшнего дня в информатизации ТЭК — ориентация на реализацию системного подхода в деле автоматизации производства. Это понимают и заказчики, и крупные ИT­компании — подрядчики, занимающиеся разработкой информационных систем. Сложность организационной структуры и многообразие видов деятельности требуют от компаний внедрения решений, которые сформируют единое информационное пространство, объединяющее и упорядочивающее все необходимые для эффективного управления предприятием данные.

Ответом именно на эти актуальные запросы рынка становится развитие ведущими
ИT­производителями PLM­, PDM­, BIM­технологий, технологий информационных (цифровых) моделей.

Таким образом, на ИT­рынке возникает целое направление комплексной автоматизации и межсистемной интеграции, решающее задачи реализации глобальной стратегии информатизации предприятий ТЭК.

ЦМОЭМ — комплексное решение актуальных задач добывающих компаний

Одной из самых актуальных для добывающих компаний сегодня является задача оптимального планирования обустройства и эксплуатации месторождений.

Жизненный цикл нефтегазодобывающих предприятий сопровождается накоплением большого количества не связанной между собой информации — планов капитальных ремонтов, реконструкций и нового строительства, программ бурения, карт, техрегламентов работы объектов, ПСД и т.д. В связи с этим остро встает проблема организации хранения и доступа ко всем этим данным для проектировщиков, строителей, эксплуатационников, менеджеров и других специалистов. Наиболее оптимальное ее решение — это создание единого электронного хранилища, в котором доступ к данным удобен и понятен для всех.

Специально для нефтегазодобывающих организаций компания «НЕОЛАНТ» предложила решение этой задачи, создав цифровую модель для обустройства и эксплуатации месторождения (ЦМОЭМ). Единая цифровая модель предназначена для разработки концепций обустройства месторождения, планирования его развития на краткосрочную и долгосрочную перспективы, поддержки принятия текущих управленческих и проектных решений, а также для решения целого ряда эксплуатационных задач.

ЦМОЭМ стала развитием геоинформационной системы управления данными обустройства месторождения (ГИС УДОМ) — еще одного решения компании «НЕОЛАНТ», с помощью которого уже разработаны концепции двух нефтяных месторождений для ООО «КогалымНИПИнефть» («ЛУКОЙЛ»): Тевлинско­Русскинского и Южно­Ягунского.

ЦМОЭМ — заглянем внутрь

ЦМОЭМ — это постоянно действующая электронная информационная модель обустройства месторождения, которая объединяет в одном информационном пространстве всех специалистов, работающих над обустройством месторождения, и является удобным и эффективным инструментом их взаимодействия.

Система в отличие от ГИС УДОМ отображает во взаимосвязи не только все наземные системы инфраструктуры месторождения (системы нефтесборных трубопроводов, поддержания пластового давления, энергообеспечения, автодороги), но и погружное оборудование.

ЦМОЭМ объединяет разнородную информацию о месторождении: геоинформационные данные, детализированную информацию по объектам месторождения, трехмерные информационные модели, электронную исполнительную документацию, технические паспорта объектов, сферические панорамы и многое другое.

Система отображает всю необходимую для оперативного принятия управленческих решений информацию в легком для восприятия виде благодаря широкому использованию инструментов визуализации: цветовых идентификаторов, полупрозрачности, расположения данных слоями, построения изолиний, диаграмм и т.д.

Уровень детализации данных в системе высокий — в ней хранится информация по отдельным объектам вплоть до скважины и скважинного оборудования. При выборе объекта на карте можно проанализировать состояние объекта, просмотрев полную информацию по нему.

Возможности ЦМОЭМ: концептуальное планирование

В ЦМОЭМ реализовано эффективное планирование развития схемы обустройства на несколько лет вперед на основе использования принципа временной шкалы timeliner — возможности моделирования во времени развития процессов обустройства: строительства, реконструкции, консервации, ликвидации с учетом ввода новых объектов обустройства и изменения объемов добычи/закачки жидкости и энергопотребления. Это позволяет выбирать оптимальный сценарий обустройства месторождения и обоснованно вырабатывать рекомендации по повышению добычи нефти (рис. 1).

Рис. 1. Отображение инфраструктуры месторождения: система нефтесборных трубопроводов

В программе реализован расчет инвестиций, необходимых для различных вариантов развития схемы обустройства, что позволяет создавать эффективный инвестиционный план развития инфраструктуры месторождения.

Возможности ЦМОЭМ: проектирование

ЦМОЭМ объединяет в одной модели разделы проекта, созданные в различных САПР, на основании которых формирует единую цифровую модель «как спроектировано» (рис. 2). Эта модель позволяет еще до начала строительства выявлять коллизии и формировать предложения по их устранению.

Рис. 2. Цифровая модель «как спроектировано»

Дополнительные возможности ЦМОЭМ на этапе проектирования месторождения:

• получение изометрических чертежей технологических трубопроводов;
• сбор и систематизация сведений об исходном состоянии объекта;
• автоматическое формирование технического паспорта объекта;
• и другие.

Возможности ЦМОЭМ: строительно­монтажные работы

Благодаря связи графика строительных работ на месторождении с 3D­моделями объектов ЦМОЭМ позволяет осуществлять и моделировать ход строительных работ, проводить мониторинг процесса строительства, включая оценку соответствия построенного объекта проекту и принятым нормам, правилам, техническим условиям, интеграцию и визуализацию всех имеющихся данных в информационной системе и мгновенное выявление критических отклонений от графика (рис. 3).

Рис. 3. 3D-мониторинг процесса строительства

В ЦМОЭМ выполняется сбор и хранение данных о фактически смонтированных элементах, оборудовании и использованных материалах, что в режиме реального времени обеспечивает всех участников строительства фактической информацией о конструкции, параметрах и характеристиках технологического объекта.

По мере строительства и сбора фактических данных об объекте в ЦМОЭМ осуществляется формирование электронной исполнительной документации «как построено».

Возможности ЦМОЭМ: эксплуатация

В ЦМОЭМ реализован визуальный анализ текущего состояния объектов инфраструктуры месторождения и своевременное предупреждение о возникновении критических ситуаций на объектах, поэтому ее применение удобно для решения различных эксплуатационных задач. Среди них:

• проверка параметров работы скважины на соответствие рабочему диапазону оборудования;
• расчет и подбор скважинного оборудования;
• выработка рекомендаций по замене объектов или смене режима;
• выработка рекомендаций по оптимизации энергопотребления;
• расчет материального баланса ДНС;
• многие другие.

Система управления инженерными данными, интегрированная с 3D­моделями объектов в единую производственно­информационную модель, позволяет оперативно в автоматизированном режиме получать детальные спецификации объектов.

Использование сферических и 3D­панорам помогает осуществлять планирование и контроль осмотров и капремонтов.

Также для решения эксплуатационных задач в системе реализована интеграция с различными расчетными модулями, позволяющая выполнять целый ряд действий.

1. Экологические расчеты:

• моделирование и оценка убытков, возникших в результате различных аварий (маршруты разливов нефти с оценкой площади загрязнения, выбросы газа, воспламенение и т.д.);
• разработка защитных мер на особенно опасных участках и планирование действий в чрезвычайных обстоятельствах;
• поддержка анализа пространственно­временной динамики опасных геологических процессов;
• изображение моделей результатов чрезвычайных ситуаций и оценка рисков.

2. Гидравлические расчеты:

• расчет сложных сетей добычи, сбора и транспортировки;
• прогнозирование критических ситуаций:
• появление жидкостной пробки и определение ее размеров,
• образование гидратов,
• образование газовых пробок и т.д.;
• расчет режимов течения;
• определение профилей давления / температуры, расхода и т.д.;
• анализ поведения скважины.

3. Расчеты систем энергоснабжения:

• расчет и прогнозирование установившихся режимов сложных электроэнергетических систем;
• анализ балансов мощности и потерь мощности;
• анализ распределения уровней напряжений;
• расчет начальных и перспективных значений токов коротких замыканий (КЗ) с учетом установившегося режима, предшествующего КЗ, или без его учета;
• расчет потерь электроэнергии в сложных энергосистемах.

Результаты внедрения ЦМОЭМ

Учитывая всё многообразие функциональных возможностей, можно сказать, что ЦМОЭМ представляет собой основу для взаимодействия разных специалистов: технологов, проектировщиков, строителей, экономистов и руководителей. Каждый из них использует свой профессиональный подход, но все они оперируют данными об одном и том же объекте — месторождении.

Экономический эффект от использования ЦМОЭМ для обустройства месторождения складывается из следующих факторов:

• увеличение добычи нефти за счет уменьшения коэффициента гидравлического сопротивления и снижения забойного давления в процессе эксплуатации за счет интеграции с соответствующей расчетной системой;
• выявление при помощи модуля гидравлических расчетов свободных незагруженных мощностей с учетом перспективных объемов добычи, позволяющее повысить эффективность использования трубопроводов до 10% (экономия капитальных затрат за счет минимизации диаметров вновь вводимых труб);
• сокращение прямых затрат, связанных с порывами нефтепроводов, за счет своевременного предупреждения системой о необходимости замены трубопроводов, выработавших ресурс;
• экономия операционных затрат на электроснабжение месторождения за счет анализа при помощи интегрированного расчетного модуля эффективности использования и выработки рекомендаций по оптимизации объектов, потребляющих электроэнергию.

Выводы

Разработанная специалистами «НЕОЛАНТ» цифровая модель для обустройства и эксплуатации месторождений (ЦМОЭМ) показывает, что уже сегодня на ИT­рынке есть практические решения насущных задач предприятий ТЭК в рамках «второй волны» информатизации. Представляя собой информационную модель месторождения, ЦМОЭМ решает задачу поддержки принятия управленческих решений и повышает эффективность работы предприятия.

С уверенностью можно сказать, что для нефтегазовых компаний ЦМОЭМ может стать важнейшим шагом в реализации глобальной стратегии комплексной автоматизации производства.

САПР и графика 3`2013