Журнал «ROGTEC», Январь 2022, Хайдар Валиуллин, вице-президент WellsX

Сегодня весь мир взволнован ожиданиями нынешних и будущих выгод, которые несет всем нам цифровая эпоха.

Такие фразы, как «цифровое бурение», «цифровизация», «машинное обучение», «цифровой двойник», стали обычным явлением в разговорах нефтегазовых специалистов.

Ставки высоки, и в это вовлечены нефтесервисные компании, производители оборудования, компании по разведке и добыче, а также инвесторы без исключения. Гонка цифровизации началась довольно давно, и сегодня мы все свято верим, что она «направит ваши пути» к лучшему будущему и процветанию.

Инженеры-нефтяники начинают изучать Python, проходят курсы, связанные с искусственным интеллектом, овладевают навыками программирования, в то время как промышленность в целом и компании по разведке и добыче, как правило, нанимают больше программистов, чем геофизиков.

Итак, что такое цифровизация для строительства нефтяных и газовых скважин? Кто эти специалисты по данным и чем они на самом деле занимаются? Ответ и основное понимание концепций действительно различаются не только от человека к человеку, но и от группы энтузиастов цифровизации в конкретной корпорации. И это нормально, хотя углы действительно разные, общее понимание имеет тенденцию к кристаллизации. Давайте послушаем мнения некоторых ключевых отраслевых экспертов, представляющих обширную цифровую нефтегазовую экосистему. Мы обратились к нескольким опытным экспертам с вопросом, что такое цифровизация в бурении и каковы цели цифровизации строительства скважин.

Прадипкумар Ашок, старший научный сотрудник Техасского университета в Остине, определяет это как:

«Цифровизация в бурении предполагает оцифровку (преобразование в электронный формат) всех данных, информации и знаний, относящихся к процессу строительства скважины. Цель состоит в том, чтобы данные не записывались вручную на листе бумаги и не могли быть потеряны. Цель состоит в том, чтобы иметь возможность хранить и получать доступ ко всем данным, какими бы специализированными они ни были (характеристики верхнего привода, изображения долот, история использования бурильных труб и т. д.)»

Что касается строительства цифровой скважины:

«Задача цифровизации многогранна:

• • во-первых, не потерять никаких данных, информации или знаний, полученных за долгие годы.
  • Во-вторых, для исключения ручного повторного ввода данных, чрезвычайно подверженного ошибкам процесса.
  • И, наконец, разбить барьеры в организации, чтобы в конечном итоге максимизировать цели строительства скважин.»

По другую сторону океана Дэн Суи, профессор кафедры цифровизации и автоматизации бурения, моделирования и моделирования, оптимизации и систем управления в Университете Ставангера, добавляет к этому следующее:

«Цифровизация означает, как работать с данными / информацией с использованием цифровых инструментов. В последнее время цифровые технологии, связанные с данными, потенциально меняют правила игры в нефтегазовой отрасли. В сочетании с датчиками, высокоскоростной передачей данных и управлением данными, а также цифровыми симуляторами интеллектуальные и автоматизированные системы бурения, позволяющие принимать оптимальные решения, предоставлять хорошие рекомендации и обнаруживать неисправности на ранней стадии, становятся все ближе к реальности. Иначе говоря, цифровизация бурения охватывает и требует технологий, связанных с данными, включая технологию датчиков, разработку программного обеспечения, науку о данных, математическое моделирование, искусственный интеллект, системы управления, помимо нефтегазовой инженерии, для снижения затрат, повышения эффективности и обеспечения безопасности от планирования до эксплуатации и постанализа.»

По словам г-жи Суи, цифровизация строительства скважин — это:

«Как составить оптимальный план скважины с использованием цифровых и автоматизированных инструментов проектирования скважин (проектирование траектории, выбор бурового раствора, проектирование трубы / КНБК / обсадной колонны и т. Д.). Как получить значимые, качественные данные для интерпретации информации. Как разработать цифровые двойники, которые помогут бурильщикам принимать правильные решения. Как интегрировать данные для постанализа. Связанные темы / задачи исследования могут быть следующими: как точно и точно моделировать динамику бурения; как интегрировать модели бурения в один симулятор, который учитывает гидравлику бурения, механику бурения и их взаимодействие; как использовать технологии глубокого обучения для создания самообучающейся среды для обучения и калибровки моделей на основе данных; как разработать интеллектуальный и надежный симулятор, который легко адаптируется к различным скважинам и различным условиям бурения; как предоставить правильные, полезные и быстрые решения, которые помогут пользователям принимать решения и оптимизировать буровые работы».

Алехандро Ламмертин, директор по цифровым технологиям и информации Tenaris – одного из ведущих поставщиков продукции для строительства скважин, определяет цифровизацию в бурении как:

«Передача данных в режиме реального времени в то место или момент, когда необходимо принять решение. Помогает координировать деятельность различных игроков, особенно сервисных компаний и поставщиков продукции, которые обычно взаимодействуют при бурении. Понимание данных, поступающих с месторождения, необходимо для наклонно-направленного бурения и увеличения вероятности успеха».

Как насчет цели?:

«В случае строительства скважины, помимо доступности данных, важнее всего планирование и структурные проверки в режиме реального времени. При планировании мы видим возможность координации всех поставок одновременно, минимизации запасов и сокращения отходов. Что касается структурной проверки, мы видим огромные возможности в анализе крутящего момента и глубины, а также напряжений и усталостных сил на трубе и соединениях. Важно достичь конечной глубины и оптимизировать производительность и стоимость скважины».

Криспин Чатар, эксперт по вопросам бурения в Schlumberger, одной из крупнейших компаний, которые доводят развитие отраслевых технологий до ее пределов, считает, что:

«Как правило, оцифровка означает использование цифровых технологий для повышения ценности оцифрованных данных. Я думаю, что в бурении или, точнее, в строительстве скважин, оцифровка означает использование структуры цифровых технологий, которые могут быть согласованы с текущими целями отрасли. Возьмем, к примеру, новые технологии, такие как визуальная аналитика или голосовые интерфейсы, которые в последнее время приносят пользу не только другим отраслям, но даже в нашей личной жизни. Мы можем взять существующие структуры данных, создать новые, а затем использовать наши цифровые данные для подпитки систем, которые принесут пользу через понимание. Подумайте о том, чтобы перейти от доставки бумажного журнала к передаче данных совершенно другим способом. Также могут быть разные уровни оцифровки. Этот журнал может быть доставлен на карту памяти и это будет оцифровано, или он может быть загружен в облако или даже использован для цифровой службы в режиме реального времени. Наша оцифровка может быть сосредоточена на некоторых основных областях, таких как машинное обучение, облачные технологии, расширенная реальность, пользовательский опыт, большие данные, Интернет вещей и высокопроизводительные вычисления, и это лишь несколько примеров».

Каким вы видите цель?

«Цели цифровизации строительства скважин должны заключаться в повышении безопасности и эффективности. Затем мы можем разбить это дальше, но на самом высоком уровне, вот в чем все суть.»

С другой стороны, Адебовале Соларин, директор и руководитель службы поддержки бурения и эксплуатации скважин в Maersk Drilling, считает, что:

«Цифровизация в бурении — это стандартизация процессов, сбор информации и визуализация информации. Использование такой информации в правильном контексте позволяет автоматизировать выполнение различных операций на основе данных. В идеале цифровизация также позволяет нам применять извлеченные операционные уроки и использовать предыдущий положительный опыт. Цифровизация помогает повысить эффективность, безопасность и эффективность принятия решений, поскольку на основе данных можно учесть более широкий спектр факторов».

Что касается цели:

«Для меня цель цифровизации — помочь отрасли стать умнее во всех сферах бизнеса за счет использования большого количества и разнообразия собранной информации и данных для принятия обоснованных решений. Это расширяет возможности сотрудничества и поддерживает наше стремление стать более безопасным, эффективным, прибыльным и ответственным подрядчиком по бурению».

А Александр Рябчиков, руководитель проектов ГПБ-Инжиниринг, определяет цифровизацию бурения как:

«Возможность собирать все данные о бурении в режиме реального времени. Проанализируйте его с помощью заранее установленных эксплуатационных безопасных диапазонов, которые были рассчитаны с учетом специфики проектирования скважин и программ бурения. Следовательно, это средство контроля и управления процессом строительства скважины на всех этапах процесса принятия операционных решений».

Каковы цели цифровизации в процессе строительства скважин?

«Для заказчика — наличие обработанной и проанализированной информации обо всех процессах дает возможность четко контролировать работу и качество подрядчиков. А наличие базы данных позволяет принимать обоснованные решения при приемке выполненных работ. После завершения любого из этапов строительства скважины быстро и легко вносить изменения в конструкцию скважины и программу бурения».
Согласно Википедии: «Цифровизация — это процесс преобразования информации в цифровой формат. Результатом является представление объекта, изображения, звука, документа или сигнала путем генерации серии чисел, описывающих дискретный набор точек или образцов»

Поразительно простое, точное и в то же время довольно расплывчатое определение применительно к реальности нефти и газа. Мнения моих коллег — это яркие отражения под разными углами, упомянутыми ранее. Он действительно содержит некоторую небольшую «дифракцию», вызванную их профессиональной деятельностью, которая действительно добавляет разнообразия цветов к картине целей и мнений о том, что представляет собой цифровизация в нефтегазовой отрасли. Последнее, однако, не меняет основной темы этой красочной картины.

Между различными верованиями много общего. По моему мнению, общая точка зрения состоит в том, что процесс цифровизации является многомерным, междисциплинарным и включает в себя конгломерат технологий, которые пока развиваются в собственном темпе. Мы видим, что, несмотря на различие подходов к постановке проблемы, к методам и инструментам решения, все респонденты из разных стран единодушны в одном: все мы ожидаем только положительного эффекта от внедрения цифровых продуктов в нашу повседневную жизнь.

Еще в 2017 году, согласно анализу Deloitte, приведенному в официальном документе «От байтов к баррелям», нефтегазовая отрасль все еще находилась на уровне «подросткового» уровня зрелости, на волосок ниже предполагаемого. В то же время, согласно анализу Deloitte, при строительстве и освоении скважин, опережение бурения превалировало.

Рис. 1. Цифровая зрелость и краткосрочная цифровая карта целей в области разведки и добычи: взгляд в 2017 году.

Прошло почти четыре года, и возникает вопрос: достигли ли мы как отрасль желаемого состояния? произошел ли цифровой скачок? Приближаемся ли мы к желаемым целям, призом, а если нет, то почему? Давайте посмотрим, что мои коллеги ежедневно думают о проблемах, с которыми мы все сталкиваемся в процессе перехода к цифровизации.

По мнению профессора Суи, основными проблемами цифровизации являются:

«Нужны преданные своему делу инженеры с мультидисциплинарными знаниями, адаптирующиеся к новым разработанным технологиям. Нужны умные датчики и хорошие технологии обработки данных. Поощряйте обмен данными и сравнительный анализ. Поощряйте использование открытого исходного кода кода. Нужны дополнительные полевые испытания для умных цифровых двойников».

Г-н Ламмертин, один из руководителей ведущего поставщика стальных труб и сопутствующих услуг для мировой энергетики, видит:

«Задача цифровизации на этом рынке заключается в создании долгосрочных отношений между клиентами и поставщиками, которые обеспечивают экосистему для совместного внедрения инноваций и создания ценности. Пока отношения являются транзакционными и зависят от оптимизации прибыли на выборочной основе, очень сложно создавать ценность и продвигаться в цифровой трансформации».

Г-н Чатар, специалист по бурению в международной нефтесервисной компании, ведущей технологические инновации, говорит:

«Сегодня для меня проблема номер один — это скорость принятия «цифры». Исторически сложилось так, что наше бурение было разделено на высокотехнологичное и крупномасштабное, причем одна сторона применяла технологии быстрее, чем другая. Оцифровка обещает принести пользу обоим, если мы сможем быстро адаптироваться и быть гибкими в том, как мы создаем и предоставляем решения. Это касается и сервисных компаний, и операторов, и буровых подрядчиков.

Существуют и другие проблемы, такие как поиск подходящей технологии и последующее применение этих технологий в правильных сценариях использования. Еще одна проблема — это доверие между компаниями нашей отрасли. Другие отрасли пришли к выводу, что открытый обмен данными – лучший способ ускорить прогресс. Конечно, данные имеют свою стоимость и в большинстве случаев содержат конфиденциальную информацию о бизнесе и мире».

Старший научный сотрудник одного из ведущих академических институтов США г-н Ашок считает, что:

«Одна из основных проблем цифровизации — это существующие рабочие процессы, связанные с выполнением процесса строительства скважин, и отсутствие стимулов для авансовых вложений в это изменение. Еще одна проблема – отсутствие стандартизации в хранении данных, хотя OSDU начинает решать эту проблему».

Руководитель департамента инжиниринговой фирмы Александр Рябчиков видит в этом:

«Основная проблема — убедить потенциальных пользователей в необходимости перехода к цифровизации процессов бурения».

Г-н Соларин, директор ведущего оператора морского бурения, отмечает, что:

«Отрасль известна своей консервативностью в отношении внедрения новых технологий, но ситуация меняется. Недавний экономический спад заставил нас думать умнее, и лучший инструмент для этого умного мышления — это цифровизация. Еще одна проблема – большие инвестиции, необходимые для реализации инициатив по цифровизации. Компании, успешно перешедшие на другую сторону спада, должны проявлять осмотрительность и осторожность в расходах. Тщательный и надежный анализ затрат и выгод необходим для того, чтобы проект цифровизации получил зеленый свет».

Цифровизация: путешествие с пит-стопами или нескончаемый марафон
Независимо от определения, цифровизация неизбежно связана со следующими компонентами: программным обеспечением, прошивкой и оборудованием. Последние два не новы для отрасли, но как насчет программного обеспечения? Является ли интеллектуальное программное обеспечение конечной целью цифровизации? Будет ли это программное обеспечение способствовать автоматизации, будет ли оно предоставлять систематические и действенные идеи, основанные на структурированных и качественных данных?

По мнению многих, автоматизация – одна из вершин цифровой трансформации бурения. Совместные усилия отрасли в этом направлении ведутся уже много лет в разных формах и масштабах. Еще в 2008 году волонтеры Общества Нефтяных Инженеров сформировали технический отдел по автоматизации буровых систем.

Одно из направлений работы секции DSAT было сосредоточено на изложении технической дорожной карты для автоматизации буровых систем и разделено на несколько областей технических проблем. Комитет Международной Ассоциации Буровых Подрядчиков одобрил список вызовов, сосредоточив свои усилия на описании видения задач автоматизации бурения и шагов, которые могут быть предприняты для продвижения отрасли вперед и для достижения этого видения.

Эти шаги практически являются требованиями к программному обеспечению. Действительно, они не охватывают все обсуждаемые выше аспекты, хотя, по нашему мнению, все же покрывают почти половину из них. Для определения текущего состояния отрасли мы объединили последний опубликованный список критических функций и функций, необходимых для автоматизации, с мнениями экспертов и внутренним видением WellsX. Полученный список сравнивался с заявленными функциями, результатами и базовыми программными технологиями основных коммерчески доступных поставщиков отраслевых программных решений (см. Рисунок 2). Полученная картинка, это должно быть подчеркнуто, составлена из доступной нам информации.

Рис 2. Обзор ключевых программных решений строительства скважин по состоянию на лето 2021 г.

В WellsX мы считаем, что цифровизация и программное обеспечение давно стали независимой четвертой частью классической формулы «Люди — Процессы — Технологии», а не вспомогательной функцией по отношению к первым трем. Основываясь на нашем обширном техническом опыте, разработке программного обеспечения, производстве и эксплуатации практически в каждой нефтегазовой провинции мира, мы потратили последние пять лет на разработку ведущего в отрасли продукта под названием система ЭКО. На сегодняшний день цифровая платформа успешно развернута в семи странах на четырех континентах, и это число активно растет, удовлетворяя потребности наших клиентов.

Мы разработали ЭКО с фокусом на гибкость, открытость для клиента, и быстродействие, чтобы соответствовать конкретным потребностям и целям наших клиентов. Концепции обеспечения и контроля качества и целостности данных, целостной многомерной прозрачности процессов, автоматизации всех рутинных процессов, отчетности, визуализации и уведомлений, вплоть до прямого управления оборудованием, встроены в общую парадигму системной архитектуры. Мы рассматриваем цифровизацию как марафон, а не короткое путешествие.

В нашем видении цифровизация нефтегазовой отрасли не является конечным пунктом назначения. Сегодняшняя реальность утверждает, что программное обеспечение является ключевым и необходимым вечнозеленым творением экосистемы энергетической отрасли. Программные технологии развиваются с невероятной скоростью, этот простой факт делает любую цифровую технологию устаревшей и бесполезной за короткое время после того, как ее разработка приостановлена.

Система ECO: Цифровая платформа и клиент.

Цифровая система ЭКО — это программное обеспечение, платформа, имеющая право обслуживать потребности всех сторон, участвующих в разведке, начиная с технико-экономических обоснований скважин, начального проектирования и до самого конца ее жизненного цикла: консервация или ликвидация. На текущем этапе развития ЭКО ее основным направлением является строительство скважин – шкала жизненного цикла интервалов добычи с тщательным увеличением инженерных особенностей геомеханики, гидравлики и механики скважин.

Живая модель цифрового двойника скважины и скважинных инструментов в рамках ЭКО служит основным двигателем проектирования разведочных скважин, а также ретроспективной и динамической аналитической системой в реальном времени. Анализ выполняется путем объединения всех физических моделей с данными с помощью статистического и регрессионного анализа, что позволяет клиенту получать важные сведения в реальном времени с частотой 1 Гц, своевременно реагировать на исключения, предотвращая опасности бурения и заблаговременные осложнения в скважине до того, как они проходят точку невозврата.

Функционал платформы позволяет обеспечить целостность данных, гарантировать качество данных, безопасный доступ к данным и целостное хранилище информации о проекте – хранилище знаний. На ступень выше, его структурированная иерархия цифровой инфраструктуры выполняет управление проектами, сопутствующим оборудованием, персоналом и поставщиками и позволяет эффективно общаться. Все участники проекта говорят об одних и тех же цифрах, получают общие или специальные уведомления, аналитические рекомендации и используют общий интуитивно понятный и динамичный интерфейс.

С технической точки зрения цифровая система ECO состоит из двух основных компонентов: Облачную часть и Edge Computing Шлюз с идентичным программным обеспечением, настроенным в соответствии с назначением местоположения (см. Рисунок 3). Схема развертывания гибкая в соответствии с потребностями конкретного клиента: от гибридного – облачный и частный сервер на удаленном конце и шлюз на месте – до конфигураций только для облака или даже только для шлюза. Облачная часть ЭКО служит централизованным хранилищем данных, точкой удаленного доступа, центром планирования и разработки проектов, а также местом для пост-анализа работы или ретроспективного анализа. Шлюз ЭКО на буровой площадке служит периферийным вычислительным устройством системы в режиме реального времени. Он объединяет бурового и сервисных подрядчиков и обслуживает измерения наземных и скважинных датчиков, анализирует и передает данные в облако. Все утвержденные проектом планы строительства скважин автоматически передаются из облака в шлюз до начала работ. После бурения скважины большая часть действий теперь выполняется на стороне шлюза, где инструменты контроля качества данных в реальном времени и динамический цифровой двойник пробуренной скважины в реальном времени находятся и изменяются вместе с операциями.

После начала эксплуатации облако ECO собирает агрегированные данные по нескольким скважинам / буровым установкам, визуализирует их удаленно и выполняет корреляционный и сравнительный анализ.

Полевое программное обеспечение ECO работает в режиме киоска на базе ОС Linux, что позволяет минимизировать риски вредоносных программ, внешнего вмешательства, зависимости от качества интернет-соединения и пропускной способности для передачи данных, обеспечивая при этом надежную автономную работу 24/7. Структурные компоненты ЭКО и бизнес-логика автоматизации не зависят от производителей оборудования. Для этого не требуется никаких специальных приборов, кроме обычных инструментов на буровой. Каждая структурная блок система ЭКО может использоваться независимо от других приложений и в конкретном пользовательском / настраиваемом режиме, решая проблемы взаимодействия. Архитектура ЭКО позволяет легко интегрировать ее с существующими корпоративными программными платформами. Все функции и функции, разработанные для конкретных приложений, настраиваются в соответствии с конкретными потребностями клиента и рабочими схемами на этапе ввода в эксплуатацию и без дополнительной разработки программного обеспечения.

ЭКО создана, чтобы стать экономически эффективным решением, расширяющим возможности инфраструктуры буровых установок, при этом все еще использующие традиционные данные, буровую установку и скважинное оборудование. Его основная цель – снизить риски в скважине и риски безопасности при постоянном повышении операционной эффективности, качества ствола и компетентности полевого персонала.

Система ECO позволяет облачным и веб-технологиям обеспечивать безопасный непрерывный доступ к данным при оптимизации нагрузки, связанной с ИТ-инфраструктурой. Его арсенал автоматизированной аналитики превращает цифровые данные в актуальную для конкретных целей информацию, предназначенную для повышения эффективности использования ресурсов и оборудования, автоматизации процессов, сокращения времени принятия решений до уровней полной автоматизации.