Что не является причиной появления умного месторождения
Schneider Electric. Концепция «Умное месторождение»
Интеллектуальные технологии приходят в нефтегазовую отрасль, открывая новые возможности перед добывающими компаниями. О преимуществах концепции «Умное месторождение» и ее отличиях от традиционных методов автоматизации рассказывает Михаил Черкасов, директор департамента «Нефть и газ» компании Schneider Electric.
— «Умное месторождение» — в чем состоит его общая идея, по мнению Schneider Electric?
— В первую очередь, «умное месторождение» — это система управления процессом добычи, которая позволяет, с одной стороны увеличить производство нефти или газа, а с другой оптимизировать затраты на потребляемую энергию. Еще одна немаловажная часть — это возможность управлять нефтяным пластом, причем контролировать процесс добычи таким образом, чтобы не нанести ущерба самому месторождению.
— Каким критериям должны отвечать smart fields?
— Интересный вопрос. На сегодняшний день нет четко выделенных критериев, однако, есть ряд условий. На мой взгляд, в первую очередь, внедряемая интеллектуальная система должна соответствовать реальным моделям месторождения: геологической и географической. Кроме того, в ее основу должна быть положена технологическая модель, определяющая способ организации и оптимальные методы добычи. Без опоры на эти модели невозможно выстроить целостную систему управления месторождением. Второй важный момент — определение каналов связи для получения данных от датчиков в режиме реального времени, выбор систем, обеспечивающих оптимизацию процессов и сценариев добычи, и принятие решений по ежедневным операциям.
Ну и наконец, smart field должны соответствовать стандартам, в частности стандарту ИСО 15926, который является базовым для построения концепции интеллектуального месторождения.
— Каковы задачи и цели технологии «умное месторождения»?
— Как уже было сказано, основная идея smart field — увеличение объемов добычи и сокращение издержек на этот процесс. При этом «умное» управление позволяет обеспечить наибольший жизненный цикл нефтяному или газовому пласту.
— В чем главные преимущества технологии?
— Технология называется интеллектуальной, потому что в отличие от традиционных систем автоматизации она позволяет гибко подстраиваться под конкретные условия. На основе обратной связи с объектом Smart field в режиме реального времени обеспечивает корректировку действий с целью достичь максимальной добычи. Также интеллектуальные системы предоставляют возможность моделировать события и ситуации, применяя событийность «если…, то…». Благодаря этому пользователь может пробовать новые сценарии не на реальном объекте, а в компьютерной программе, с использованием актуальных данных с конкретного объекта. Моделирование не только позволяет экономить средства, но и дает понимание, как уйти от возможных аварийных ситуаций. Еще одна из функций smart field — это прогнозирование на краткосрочную перспективу.
— Какие системы и решения в области smart filed и высокотехнологичных скважин предлагает SE?
— Мы предлагаем системы моделирования, системы управления насосами различных типов (штанговых глубинных, погружных, винтовых), а также решения по системам телемеханики на основе проводных и беспроводных датчиков — в зависимости от развитости инфраструктуры на объекте заказчика. Такие системы позволяют получать данные в режиме реального времени по параметрам процесса добычи и могут быть использованы для моделирования процессов внутри пласта.
Кроме того, в числе наших решений система отображения и анализа данных для управления одной скважиной, группой скважин и даже целым месторождением. Есть система для диспетчеризации энергопотребления на добывающей площадке. Она обладает широким набором функций — от технического учета электроэнергии до распределения энергоснабжения.
Все эти системы взаимосвязаны между собой и позволяют нам предлагать комплексные решения, как в плоскости обеспечения энергоснабжения, так и в плоскости автоматизации. Помимо этого, недавно у нас появилось предложение по системам бесперебойного питания для месторождений с нестабильным энергообеспечением.
На ряде объектов в России и за рубежом уже успешно работают те или иные компоненты концепции smart field, разработанные Schneider Electric, но внедрять весь комплекс технологий на одном объекте нам пока не приходилось. Мы надеемся, что в ближайшее время такой шанс представится, и мы сможем на практике продемонстрировать все возможности и преимущества комплексного решения.
— На базе каких информационных технологий функционирует «умное месторождение»?
— Если говорить про информационные технологии, то здесь выбор происходит в диалоге с заказчиком: мы смотрим, что ему впоследствии будет легче эксплуатировать, что кажется более надежным. В зависимости от необходимости у нас есть решения и под проверенные временем клиент-серверные идеологии, и под более современные — облачные. На мой взгляд, сегодня в тренде именно облачные технологии, которые уже давным-давно осуществили прорыв в ИТ-сфере и сейчас демонстрируют свои преимущества в области автоматизации.
— Обоснуйте, пожалуйста, конкурентоспособность вашего предложения.
— Компании, работающие в этой области, если смотреть глобально, движутся примерно в одном направлении. Однако те или иные конкретные решения, предлагаемые заказчику, могут быть развиты лучше или хуже. И здесь на первый план выйдет способность производителя или интегратора представить комплексное решение. Топ-менеджерам нефтегазовых компаний не интересно обсуждать уровень технологического оборудования для того или иного процесса. Диалог в первую очередь идет по поводу той выгоды и тех возможностей, которые получит компания при внедрении комплексного решения.
— Предлагает ли Schneider Electric интеллектуальные решения «под ключ»?
— Расскажите подробнее, как эти решения могу повлиять на эффективность разработки и повысить добычу? Сколько заказчик сможет сэкономить?
— Smart field позволяет контролировать и оптимизировать весь процесс добычи. За счет внедрения интеллектуальной системы, во-первых, можно сократить время простоев оборудования. Во-вторых, в результате оптимизации происходит сокращение затрат на электричество, пар, воду и прочие энергоресурсы, которые потребляются в процессе добычи углеводородов.
Уровень экономии клиента может оказаться разным. Если говорить о затратах на электроэнергию, то можно сократить расходы на 20-25%. Результаты управления пластом оценивать сложнее. Как правило, управление пластом осуществляется путем заказчики в него газа или воды, и smart field позволяет закачать именно то количество, которое необходимо в данный конкретный момент. Таким образом, получается двойной эффект: сокращаются затраты на электроэнергию, обеспечивающую работу насосов, а также на саму воду — ее приобретение и очистку. Но есть и третий, не менее важный аспект. Зная, сколько нужно закачать воды в пласт, можно сохранить баланс и избежать чрезмерного обводнения месторождения. И здесь речь уже не только об эффективности добычи, но и о сохранности месторождения на перспективу.
— Как давно эта технология предлагается компанией на российском рынке?
— Технология «умного месторождения» появилась на российском рынке лет пять-семь тому назад. Schneider Electric начал развивать данное направление в России примерно в этот же период.
В мире о концепции smart field заговорили чуть раньше, но заметного отрыва российского рынка от мирового нет. Но есть особенность: российское нефтегазовое сообщество достаточно консервативно, и никто не хочет экспериментировать на своих объектах. В российских компаниях любят сначала посмотреть на примеры подобных внедрений и эффект, который удалось получить. И только после этого принимают решение, пробовать ли у себя новую технологию.
Сегодня многие российские компании уже рассматривают возможность внедрения технологии «умного месторождения» — среди них «Газпромнефть», «Роснефть», «Лукойл», «Татнефть». Сегодня практически все нефтегазовые компании готовы вкладывать в собственную эффективность: в условиях падающей добычи недостаточно заниматься автоматизацией месторождений, необходимо оптимизировать процессы управления нефтяным пластом и потребления энергоресурсов. И в решении этих задач технологии smart field — идеальный инструмент.
Обзор технологий: от цифрового к интеллектуальному месторождению
А.И. Власов, А.Ф. Можчиль
Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»)
Ключевые слова: интегрированное моделирование, интеллектуальное месторождение, концептуальное проектирование
Развитие информационных систем, цифровизация производства позволяют обеспечить сбор, фильтрацию, хранение и обработку данных по разработке и эксплуатации месторождения. Расширение возможностей цифровых технологий ведет к созданию интеллектуальных информационных систем. Последние позволяют повысить эффективность работы нефтегазового актива. Интеллектуализация процессов значительно улучшает операционную эффективность актива и снижает появление негативных осложнений в ходе реализации принятых управленческих решений. Оперативный сбор данных по всем системам месторождения, их обработка и внесение в интегрированную модель актива с расчетными библиотеками (алгоритмами) позволят проводить анализ технологической системы и выдавать специалистам предложения по оптимизации работы производства. Интеграция цифровых систем, их последующая интеллектуализация дают возможность проводить глобальную оптимизацию всего актива в целом.
Technology overview: from digital to intelligent field
PRONEFT». Professional’no o nefti, 2018, no. 3(9), pp. 68-74
A.I. Vlasov, A.F. Mozhchil
Gazpromneft NTC LLC, RF, Saint-Petersburg
Keywords: integrated modeling, intelligent field, conceptual design
The development of information systems allows you to collect, filter, store and process data of the field, describe the physical processes of oil and gas reservoirs and ground infrastructure. Enhanced capabilities of intelligent information systems allows a new angle to look at improving the efficiency of oil and gas field. We can greatly improve the operating efficiency of the asset and the quality of management decisions by combining the rapid collection of data on all systems field with integrated asset model and provide a computational libraries, allows the analysis of the technological system and provide skilled suggestions for optimization and potential loss in future (proactive protection). An integrated approach will allow for the optimization of the global instead of local, which is currently carried out by each service independently. It allows all professionals to focus their efforts on achieving a common goal.
Введение
Рис. 1. Срок жизни упреждающих действий по предотвращению появления осложнений
Интегрированная модель месторождения
Инструменты интегрированной модели месторождения
Под разработкой алгоритмов обработки данных подразумевается создание каналов связи с телеметрическими нефтепромысловыми системами, химико-аналитическими лабораториями, буровыми установками и другими источниками информации на месторождении в режиме реального времени. Инструмент моделирования интегрированной системы месторождения это специализированное программное обеспечение, которое используется специалистами-экспертами в области геологии, бурения, разработки, обустройства и добычи в Научно-Техническом Центре компании. На основе онлайн-данных и специализированного программного обеспечения специалисты создают ИММ и адаптируют ее к истории разработки. Далее обновленные элементы ИММ дополняются библиотеками алгоритмов обработки информации и в режиме реального времени выдают специалистам на нефтепромысле предложения по оптимизации технологического режима работы систем месторождения на основе технико-экономических показателей ограничения.
Инструменты ИММ дают возможность оценивать перспективы развития актива и «возврата инвестиций» в разные моменты времени. Данная функция ИММ становится особенно востребована в условиях высокой волатильности цены на нефть. Таким образом, результатом вложений в построение ИММ в случае ее реализации как ядра цифрового месторождения становится обеспечение прозрачности и скорости принятия решений в ходе процессов добычи нефти.
Для того чтобы ядро ИММ цифрового месторождения заработало необходимо провести технологическую трансформацию существующих методов работы сотрудников: от технических специалистов, работающих непосредственно на промысле, до экспертованалитиков в научно-техническом центре компании. Кроме модернизации рабочих процессов, необходимо уделить особое внимание мотивации сотрудников на основе ключевых показателей эффективности работы месторождения. Интеграция ключевых показателей эффективности с моделью технико-экономических ограничений режима и аналитическими инструментами ИММ подготовки управленческих решений будет снижать риски финансовых потерь. Личная заинтересованность сотрудника в достижении ключевых показателей эффективности цифрового месторождения приведет к ускорению подготовки упреждающего действия по недопущению появления осложнения. При такой системе ИММ становится инструментом снижения геолого-технологической неопределенности параметров месторождения, а модель ограничений с ключевыми показателями эффективности работы мотивирует сотрудников к доскональному изучению месторождения и поиску методов увеличения добычи нефти с наименьшими затратами (рис. 2).
Рис. 2. Управление разработкой и эксплуатацией цифрового месторождения на основе ИММ и модели технико-экономических показателей ограничения [13]
Модель ограничений
Рис. 3. Цикл проектирования геологии и разработки месторождений (управления точкой ограничения по коллектору) в модели ограничений
Каждый этап управления точками ограничения будет реализовываться с частотой цикла, направленной на повышение добычи нефти, увеличение коэффициента извлечения нефти, повышение NPV и PI, сокращение операционных затрат и неопределенностей, минимизацию рисков. Сокращение времени цикла приведет к ускорению процесса подготовки решений.
Заключение
Список литературы
Reference
Ссылка на статью в русскоязычных источниках:
The reference to this article in English is:
A.I. Vlasov, A.F. Mozhchil. Technology overview: from digital to intelligent field (In Russ.), PRONEFT». Professional’no o nefti, 2018, no. 3(9), pp. 68-74.
А.И. Власов, А.Ф. Можчиль
Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»)
Использование «Умных технологий» в нефтегазовой отрасли
Благодаря концепции «умного месторождения» нефтегазовая отрасль может оказаться на новом уровне, обеспечивая конкурентоспособность компаний, занимающихся добычей трудноизвлекаемых запасов, в сочетании со снижением негативного воздействия на состояние окружающей среды.
Интерес к внедрению интеллектуальных технологий в нефтегазовой сфере обусловлен наличием не модных веяний, а реальных проблем, с которыми сталкиваются добывающие компании. Только у единичных месторождений в мире имеются фонтанирующие скважины, актуальность увеличения эффективности на которых не так велика. Во многих регионах, особенно отечественных, времена, связанные с легкой нефтью, остались позади. Разработка уникальных месторождений, ведущаяся свыше пятидесяти лет, оказалась на этапе «падающей нефти». Усиление этой тенденции будет продолжаться.
Интеллектуализация является путем к достойному будущему
Все сегодня понимают, что уже в ближайшей перспективе необходимо приступать к освоению новых месторождений. Иначе на российской территории ни добывать, ни экспортировать будет нечего. А категория перспективных запасов геологии пластов в большинстве относится к трудноизвлекаемой. Для разработки новых участков приходится осваивать экстремальные климатические зоны, шельф, другие места, удаленные от существующих объектов инфраструктуры, что повышает стоимость разработок.
Учитывая резкое падение стоимости нефти, себестоимость ее добычи начала обладать решающей ролью. Еще недавно даже при не эффективности деятельности компаний, занимающихся нефтегазодобычей, она частично перекрывалась высокой стоимостью, в ближайшей перспективе о подобном мечтать не приходится.
Для сохранения рентабельности участники рынка должны помнить о сокращении издержек и повышении своей эффективности. И добиться решения такой задачи можно с помощью интеллектуальных технологий.
Что называют smart field или «умным месторождением»?
«Умным месторождением» называют технические и программные средства в комплексе, способствующие управлению нефтяным пластом для увеличения параметров добычи углеводородов. Система основана на идее бережного использования месторождения, способствующего максимальному продлению времени эксплуатации. Речь идет о разумном повышении объемов добычи, а не хищнической эксплуатации недр.
Важнейшей задачей SF является увеличение энергоэффективности как технологических процессов, так и оборудования. Благодаря внедрению данной технологии компаниям удается добиться сокращения затрат, связанных с энергоресурсами, что совокупно снижает выбросы в атмосферу углекислого газа.
В систему SF входит несколько компонентов, занимающихся выполнением различных функций. Компания Schneider Electric предлагает решение, состоящее из комплексной автоматизации, технических средств для анализа и сбора данных. Также в систему входят компоненты для осуществления мероприятий, связанных с повышением эффективности различных аспектов деятельности, ведущейся нефтегазовой компанией.
В систему «умного месторождения» входит в качестве составной части решение Foxboro NetOil&Gas, использующееся для непосредственного измерения дебита скважины в устье и определения показателей расхода газа, нефти и воды.
SF можно использовать для управления конкретной скважиной, вернее, кустами скважин и работой насосов ЭЦН и ПШГН, посредством кустовой телемеханики. Она может управлять системами подготовки газа и нефти, в том числе дожимными насосными станциями, факельными системами и т. д.
SF используется для управления системами, поддерживающими пластовое давление, включая системы водозаборных станций, узлов учета воды, нагнетательных скважин; а также для контроля нефтеперекачивающих станций и резервуарных парков.
Использование системы сочетается с различными интеллектуальными и многопараметрическими датчиками. Благодаря «Умным» технологиям удается добиться обеспечения удаленного доступа ко всему комплексу полевого оборудования, диагностики его состояния и при необходимости конфигурации.
Важным элементом SF является интеллектуальное электроснабжение, подразумевающее организацию гибких систем распределения электроэнергии, детального учета, возможности управления потребляемой мощностью.
Данная концепция сочетается с внедрением информационной безопасности (систем видеонаблюдения, контроля доступа, пожаротушения).
На верхнем уровне SF организация автоматизированного управления всеми производственными процессами MES (Manufacturing Execution System), способствующими увязыванию добычи и остальных процессов, протекающих на предприятии.
Главной задачей является оптимизация
Среди основных задач, решаемых с помощью SF, упомянем об увеличении объемов добычи газа и нефти, продлении жизненного цикла углеводородных пластов и оптимизации издержек производства.
Благодаря внедряемым на месторождении интеллектуальным технологиям удается двигаться вперед в соотношении с традиционными системами автоматизации. Внедрение «умной системы» помогает ответственному персоналу компании получать всю необходимую информацию в онлайн режиме, что способствует адекватной и практически моментальной реакции на возникновение изменений параметров, а также гибкой подстройке при изменении условий и увеличению объемов нефти после проведения корректировок.
Среди важных функций SF отметим прогнозирование краткосрочной перспективы и моделирования ситуации. Построение системы «умного месторождения» строго соответствует географической и геологической модели месторождения, способствует аккумулированию данных в отношении его текущего состояния. Это дает возможность для разработки различных сценариев и получения достаточно точных выводов в отношении поведения пластов при различных воздействиях со стороны людей, как в реальном времени, так и в перспективе. Подобный подход позволяет не столкнуться в работе с ошибками, аварийными ситуациями, добиться значительной экономии средств, времени и повышения эффективности принимаемых мер.
Большой спектр решений предлагается компанией Schneider Electric, которая считается экспертом в сфере управления промышленной автоматизацией и электроэнергией. Эти предложения способствуют оптимизации энергопотребления на нефтегазовых месторождениях.
Прежде всего, рекомендуется использовать частотные преобразователи в качестве оснащения приводов насосов в сочетании с другими мощными потребителями. Данная мера способствует обеспечению 30% экономии потребляемой данным оборудованием электроэнергии и внесению весомого вклада в получение общей экономии.
Среди предложений компании Schneider Electric системы, с помощью которых осуществляется диспетчеризация энергопотребления на добывающих площадках, обладающих обширным функционалом. Накануне всякого энергосбережения необходимо заняться детальным учетом и анализом используемой электроэнергии. Благодаря учету отдельных участков, оборудования, сезонов и времени суток удается выявить те места, которые являются источником происхождения потерь, добиться устранения их причин, проконтролировать достигаемый проведенными мероприятиями эффект.
Благодаря использованию детальных данных, связанных с потреблением, возникает возможность для заключения более выгодных для компаний контрактов при приобретении электроэнергии, перераспределения нагрузки, сглаживания пиков или компенсации их с помощью собственной генерации. Компенсация коэффициентов мощности позволяет компании избежать штрафов, связанных с реактивной мощностью.
Использование «умных решений» при управлении распределяемой электроэнергией осуществляется в едином центре, отвечающем за параметры техобслуживания, модернизации, текущего контроля (отслеживания потребления, контроля гармоник в сочетании с другими качественными характеристиками электроснабжения), а также управляющем всеми системами.
При наличии нестабильного энергоснабжения на месторождении актуально создавать собственные системы бесперебойного питания. Благодаря интеллектуальному управлению можно оперативно переключаться на использование резервного источника энергии, сохраняя объем производства.
Важно понимать, что внедрение концепции SF («умного месторождения») предполагает наличие тесной взаимосвязи между системами автоматизации и системами, управляющими энергоснабжением. Внутреннее устройство решений, в соответствии с конкретными условиями и пожеланиями заказчика, может быть построено на использовании либо традиционных клиент-серверных технологий, либо облачных, которые являются более современными. Еще недавно благодаря «облакам» изменилась отрасль информационных технологий, сегодня наступила очередь сферы автоматизации.
Одновременно с этим, невозможно реализовать концепцию «умного месторождения», если не воспользоваться и другими ИТ-достижениями: безопасными открытыми протоколами передачи данных, служащими для обеспечения легкой интеграции оборудования, произведенного разными производителями; скоростными, в том числе беспроводными, каналами связи, специализированным программным обеспечением.
Параметры надежности smart field
Руководители нефтегазовых компаний должны понимать, достижение каких бизнес-эффектов возможно благодаря внедрению «умных месторождений». Если придется сотрудничать на площадке с несколькими поставщиками и сервисными компаниями, занимающимися внедрением, то настоящей гарантии достижения позитивного результата никто не даст.
Представители отечественных нефтедобывающих компаний считают, что препятствием для широкого внедрения интеллектуальных технологий является наличие недостаточной представленности готовых решений на рынке. В данном контексте Schneider Electric является одной из немногих, обладающих целостной концепцией интеллектуального месторождения. Она выступает, как MAC–MEC (Main Automation Contractor–Main Electrical Contractor), предлагающая сдавать систему автоматизации под ключ для добывающих процессов и готовая к организации эффективного электроснабжения на месторождениях.
Благодаря внедрению упомянутых выше технологий компания может добиться оптимизации процесса добычи, сокращения потребления воды, электроэнергии, пара в сочетании с другими энергоресурсами, что существенно снижает себестоимость добычи газа или нефти.
Экономия может варьироваться на разных объектах. Результаты уже реализованных Schneider Electric проектов, связанных с внедрением систем уменьшения удельного энергопотребления, убедили в возможности достижения экономии до 20–25%. Например, одна добывающая российская компания, объем производства нефти которой достигает 1,15 млн. тонн, активно внедрила программу энергоэффективности, добившись сокращения энергопотребления до 6820 тыс. кВт·ч (сумма экономии составила свыше 22 млн. руб. ежегодно).
Показатели, зафиксированные благодаря управлению углеводородными пластами, следует оценивать по количественным и качественным критериям. SF способствует оптимизации количества газа и воды, закачиваемых в пласт, приводя к снижению расхода электроэнергии, которая обеспечивает работу насосов. Благодаря SF осуществляется профилактика обводнения месторождений, что способствует продлению срока их эксплуатации. Моделирование помогает избежать нецелесообразных денежных вложений, связанных с развитием участка. Внедрение систем автоматизации минимизирует опасность аварийных ситуаций, что говорит о комплексном эффекте, оценку которого одной цифрой дать сложно.
Интерес многих отечественных нефтегазовых компаний, оценивших интеллектуальные технологии, обусловлен разными возможностями использования. Чаще практикуется внедрение отдельных компонентов, но все больше интересуются комплексными проектами, которые обладают максимальным эффектом.
Падение добычи нефти в современных экономических условиях подтверждает необходимость во внедрении «умного месторождения». Благодаря этому важному условию удастся поддерживать конкурентоспособность нефтедобывающих компаний. Интеллектуальные технологии помогут повышению уровня отрасли нефтедобычи. Критика российской экономики обусловлена сегодня сильной зависимостью от сырьевого сектора, но в перспективе добыча углеводородов может превратиться в основу высокотехнологичного инновационного бизнеса, способствующего развитию смежных отраслей. Если же удастся снизить негативное воздействие на состояние окружающей среды, то можно будет достичь «Зеленых» стандартов. Это обеспечит достижение уверенных позиций ископаемого топлива даже в конкуренции с альтернативными источниками энергии.