Союз поддержки и развития отечественных

сервисных компаний  нефтегазового комплекса

Russian (CIS)English (United Kingdom)

Интерактивное управление жизненным циклом нефтегазовых месторождений

 

Нефтяное Хозяйство, октябрь, 2011

 

 

На современном этапе развития информационно-коммуникационных технологий (интернет, суперкомпьютеры, облачные вычисления, космическая связь и др.) нефтегазовая отрасль должна максимально учитывать и соответствовать системе принципиально новых подходов решения задач поиска, разведки и эксплуатации нефтегазовых месторождений. Все управленческие технологии нефтегазовых компаний должны опираться на максимально адаптированные модели разрабатываемых месторождений, с выходом на реальную ресурсную базу и прогнозируемым увеличением коэффициента извлечения нефти (КИН).

Мировой опыт развития рынка информационных технологий (ИТ) показывает, что наибольший эффект от использования современных аппаратно-программных комплексов при производстве высокотехнологичной продукции (авиастроение, энергетика, транспорт и пр.) дает внедрение технологий управления жизненным циклом продукции (PLM - Product Lifecycle Management).

По определению ведущей мировой консалтинговой компании «CIMdata», PLM - это стратегия ведения бизнеса на основе системных бизнес-решений, поддерживающих коллективную разработку, управление, распространение и использование информации о спецификации изделия в рамках расширенного предприятия от концепции до конца жизненного цикла изделия; PLM обеспечивает интеграцию персонала, производственных процессов, бизнес-систем и информации.

Руководство компании Siemens PLM Software, занимающей лидирующую позицию в данной области, отмечает, что еще в начале 90-х годов система планирования ресурсов предприятия (ERP) объединила финансовый отдел, кадровую службу, производство и склад. Десятилетие спустя система управления взаимодействия с клиентами (CRM) объединила центр обслуживания звонков и торговый персонал. Теперь система автоматизированного проектирования (CAD), система автоматизированного производства (CAM), система управления данными об изделии (PDM) и процесс производства работают вместе посредством системы управления жизненным циклом изделия (PLM). Но PLM отличается от других программных решений в масштабе предприятия, поскольку оно направлено на извлечение максимальной выгоды от повторяющихся процессов.

Внедрение PLM позволяет принимать единые решения на каждом этапе жизненного цикла изделия, руководствуясь актуальной информацией. Решения PLM устанавливают единую платформу для оптимизации взаимоотношений в жизненном цикле и организации, максимизации прибыли за время использования изделий вашей компании, установления единой системы записей для поддержки различных форматов данных. В частности, внедрение в компании Boeing системы PLM (ПО управления жизненным циклом изделий Teamcenter®) при разработке лайнера Dreamliner позволило полностью пересмотреть методы самолетостроения и вывести на новый уровень инновационные процессы и показатели производства.

Таким образом, высокотехнологичные индустриальные гиганты, такие как Boeing, Siemens и др. сохраняют свое лидерство благодаря приоритетному финансированию проектов связанных с суперкомпьютерным моделированием процессов аэро-газо-гидродинамики  в системе PLM. Неудивительно, что рынок PLM растет быстрее других рынков программного обеспечения предприятия. Так, вышеупомянутая компания Siemens PLM Software тратит около 20 % годовых доходов на исследования и разработки, что является высоким показателем в отрасли. Постоянные инвестиции в исследования и разработки являются необходимыми не только для поддержки программного обеспечения, но и для повышения эффективности уже приобретённого программного обеспечения (ПО).

По мнению экспертов НО «Союзнефтегазсервис», концепция технологии PLM может быть перенесена на управление всего жизненного цикла месторождения: поиск, разведка, обустройство, добыча и ликвидация (консервация).

Элементы данной технологии, которую правомерно можно назвать «управление жизненным циклом месторождений» (Field Lifecycle Management, FLM), разрабатываются в различных нефтегазодобывающих и сервисных компаниях мира. Ядром FLM технологии следует рассматривать интерактивное геолого-гидродинамическое моделирование разрабатываемых месторождений.

В настоящее время наиболее высокопроизводительным программно-аппаратным комплексом в области гидродинамического моделирования является программный продукт GigaPOWERS® компании Saudi Aramco. Оперативное или онлайновое моделирование на симуляторе GigaPOWERS® предоставляет гораздо больше возможностей для более точного управления пластами по всей технологической цепочке, от настройки устройства удаленного мониторинга в скважинах до управления объектов мониторинга (например, вода, добыча газа…). Симулятор  GigaPOWERS® оснащен звуковой системой оповещения различных рекомендаций и прогнозов, при этом взаимодействие между человеком и симулятором может осуществляться посредствам использования технологий управления жестами оператора. Компания Saudi Aramco стала разрабатывать свой собственный симулятор пласта-коллектора в 1994 году в рамках специально для этого созданного корпоративного Центра перспективных исследований и технологий в области разведки и добычи нефти (EXPEC ARC). Первое поколение таких симуляторов по названием POWERS® (Parallel Oil, Water and Gas Enhanced Reservoir Simulator)  было разработано отделом технологий Компьютерного моделирования вышеуказанного центра. В 2000 году данный симулятор использовал один миллион активных ячеек благоаря параллельной одновременной работе сотен центральных процессоров обработки данных (в дальнейшем использовался кластер). Симулятор обработал всю накопленную информацию по четырем одним крупнейшим нефтяным месторождениям в мире: Berri/Hadriya (Берри/Хадрия), Safaniya (Сафания, крупнейшее в мире шельфовое месторождение), Zuluf (Зулуф) и Abu Safa (Абу-Сафа).   В 2002 году после дальнейших разработок на данном симуляторе стало возможным моделирование 10 млн. активных ячеек, что позволило провести полное моделирование уникального (супергигантского) нефтяного месторождения Ghawar (Гавар), являющегося крупнейшим в мире и обеспечивающим около половины всего объема добычи нефти в Саудовской Аравии (порядка 670 тыс.тонн нефти в день). Моделирование месторождения такого размера подразумевает оперативное использование крупномасштабных объемов данных и отображение с сейсмическим разрешением ячеек. В результате в 2010 году Центр  EXPEC ARC  объявил о создании второго поколения симуляторов семейства Powers – GigaPOWERS® – работающего с моделями в миллиард активных ячеек. Моделирование месторождения Ghawar может быть произведено меньше чем за один день с максимально достигнутой на данный момент мелкой сеткой, обеспечивающей высочайший уровень детализации.

Моделирование месторождений с помощью GigaPOWERS® позволяет обнаружить невыработанную нефть в местах, пропущенных на других моделях с использованием более грубой сетки. В частности, на гигантском месторождении Shaybah (Шайба)  моделирование с помощью данного симулятора позволило спланировать сложные скважины, размещая каждую горизонтальную скважину в наиболее оптимальном  месторасположении.

До настоящего времени, геологические модели с высокой разрешающей способностью, состоящие из миллиардов активных ячеек, как правило, искусственно уменьшаются ввиду ограниченного разрешения симуляторов. При этом усредняется важнейший показатель неоднородности коллектора. Таким образом, до появления таких симуляторов как GigaPOWERS® все масштабированные гидродинамические модели работали только с усредненными, а не с фактическими показателями пласта. Новое поколение симуляторов позволяет работать с геологическими моделями без масштабирования либо при минимальном использовании апскейлинга. Благодаря данным технологиям обеспечивается черезвычайно детализированная визуализация движения флюидов внутри пласта. До 2000 года компания Saudi Aramco использовала  при гидрдинамическом моделировании зарубежные симуляторы, при этом, учитывая, что компания вела и ведет активные сейсмические исследования, количество ячеек геологических моделей постоянно и неуклонно увеличивалось, что никак не учитывалось в работе всех имеющихся технологических решений гидродинамического моделирования. Разработчики данного симулятора в настоящий момент проводят исследования в области использования гибридной архитектуры аппаратной части для проведения расчетов (в частности, использование для этих целей графических ускорителей). Также разрабатывается возможность использование данной программы с расчетными моделями в триллион ячеек (тера масштаб) на пета и эксафлопсных компьютерах, для чего компания Saudi Aramco меняет алгоритмы и создает новые программные коды.

До появления данного симулятора мировым лидером в этой области являлись США, в частности компания Schlumberger (Шлюмберже). В настоящий момент США занимают третье место, так как неожиданно для всех Россия сумела не только разработать свой уникальный высокопроизводительный гидродинамический симулятор тНавигатор®, но и поспорить с Саудовской Аравией за мировое лидерство. Российские разработчики совместно со специалистами компании Intel всего за несколько лет и за несоразмерно меньшее финансирование без привлечения государственных средств произвели своего рода революцию в области высокопроизводительного моделирования, одного из наиболее ресурсоемких сегментов нефтегазового комплекса. В настоящее время программный продукт широко используется российскими и зарубежными компаниями как наиболее удобный инструмент для решения различных задач связанных с моделированием нефтегазовых месторождений. С июля 2011 г. компания-разработчик ПО тНавигатор® является участником Фонда развития инновационного центра «Сколково», что делает более доступным использование разработанных технологий в России и за рубежом.

Сравнительные характеристики  высокоскоростных гидродинамических симуляторов.

Источник: презентационные материалы компании «РФД» на секции нефти и газа общества экспертов России по недропользованию.

Из таблицы видно, что обе модели схожи, при этом в ПО GigaPOWERS в 10 раз больше ячеек, но почти в 5 раз меньше скважин, притом, что скважины являются гораздо более сложными объектами для моделирования, чем ячейки сетки. Также не учитывается значительная разница в числе используемых ядер.

Ассоциация нефтяной промышленности Норвегии (OLF) выступила инициатором оценки потенциальной экономической эффективности внедрения системы совместного онлайнового управления жизненным циклом месторождений на норвежском континентальном шельфе (НКШ). В исследовании, которое  было проведено в 2005 году и вновь пересмотрено в 2007 году, показано, что расчетная прибыль от внедрения системы на НКШ  составит более 295 млрд. норвежских крон (41 млрд. долл. США), при этом основным элементом системы является удаленный геолого-технологический мониторинг бурения и эксплуатации скважин на базе технологий вышеупомянутой компании Schlumberger[1].

В реализации норвежского проекта Интегрированная добыча на крайнем севере» участвовали 23 организации, включая операторов, сервисные компании, вендоров ПО, поставщиков технологий, НИИ и университеты. Норвежское министерство обороны также участвует в данном проекте. Учитывая успешный опыт Норвегии, можно утверждать, что ни одна нефтегазодобывающая или сервисная компания какой бы крупной они на была в одиночку не сможет реализовать аналогичный проект.  Поэтапная реализация российского проекта Интерактивное управление жизненным циклом нефтегазовых месторождений (FLM) осуществляется в рамках инновационной технологической платформы «Высокопроизводительные вычисления и моделирование в нефтегазовом комплексе», объединяющей активных игроков нефтегазового рынка. Привлечение новых участников к работе над данным проектом может способствовать его более ускоренному развитию. Подробности на сайте www.n-g-s.ru.

Ряд ведущих сервисных компаний России обладают подобными технологиями в международных стандартах, что облегчает внедрение FLM для заинтересованных нефтегазовых компаний (см. рис. 1).

 

 

Рис. 1. Структура центра геолого-технологического мониторинга нефтегазовых скважин (НПО «Союзнефтегазсервис» 2011 г.).

Кроме вышеназванных компаний активную работу в данном направлении проводят ООО «ЦГЭ», ЗАО "Центр технологий моделирования", ЗАО "ГИС-АСУпроект", а также ряд малых инновационных предприятий при ведущих ВУЗах страны МГУ им. М.В. Ломоносова, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина и др. Отдельные элементы технологии FLM уже сейчас используются структурами ведущих нефтегазодобывающих компаний, включая ОАО «Газпром» (ООО «Георесурс», ООО «Газфлот»), ОАО «Газпром нефть» (ООО «Газпромнефть НТЦ»), ОАО «ТНК-BP», ОАО «Сургутнефтегаз», а также ведущими проектными и научно-исследовательскими институтами.

В последние годы исполнительные и законодательные органы России начали уделять внимание проблемам развития информационно-коммуникационных, в том числе суперкомпьютерных, технологий. В частности, поворотным моментом является заседание Комиссии при Президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России от 22 мая 2009 г. (председатель Д.А.Медведев), на котором было заявлено приоритетное направление «Стратегические компьютерные технологии и программное обеспечение», включающее:

  • Поддержку производства отечественных суперкомпьютеров, включая электронную компонентную базу, программное обеспечение, средства отладки и испытаний.
  • Создание системы стандартизации производства суперкомпьютеров и их сертификация.
  • Создание интегрированной суперкомпьютерной среды для решения задач в приоритетных сферах использования СКГТ и организация ее функционирования.
  • Организацию и проведение исследований и разработок по созданию алгоритмов решения задач из приоритетных сфер использования СКГТ в интегрированной суперкомпьютерной среде.

На заседании Совета Безопасности РФ «О состоянии и проблемах обеспечения энергетической безопасности Российской Федерации» от 13 декабря 2010 г. поручено Минобрнауки России (Фурсенко А.А.), Минэнерго России (Шматко С.И.), Минприроды России (Трутнев Ю.П.) с участием заинтересованных нефтегазодобывающих и сервисных компаний проработать вопрос об эффективном использовании отечественных суперкомпьютеров в интересах развития нефтегазового комплекса и внести до 30 марта 2011 г. соответствующие предложения в Комиссию при Президенте Российской Федерации по модернизации и технологическому развитию экономики России.

На заседании рабочей группы «Стратегические компьютерные технологии и программное обеспечение» 15 июня 2011 г. (председатель А.А.Фурсенко) поручена корректировка карты проекта «Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий», в том числе в интересах развития нефтегазового комплекса.

На заседании Совета генеральных и главных конструкторов, ведущих ученых и специалистов в области высокотехнологичных секторов экономики. 1 июля 2011 г. (председатель С.Б.Иванов) для эффективного использования отечественных информационных технологий, созданных на основе «облачных вычислений», включая электронное сопровождение на всех этапах жизненного цикла инновационной конкурентоспособной продукции, выпускаемой предприятиями различных отраслей промышленности и малым бизнесом поручить Ростехрегулированию (Г.И. Элькину) в срок до 30 марта 2012 г.  в соответствии с предложениями, представленными Минкомсвязи России, предусмотреть разработку национального стандарта а области внедрения и функционирования новых информационно-коммуникационных технологий («облачные вычисления»).

Последнее поручение обусловлено тем, что эра персональных компьютеров заканчивается и наступает период полного пересмотра идеологии участников ИТ рынка при предоставления услуг высокотехнологичным компаниям, включая экстремально масштабные вычисления, управление   распределенными базами данных и т.д. без ущерба в обеспечении информационной безопасности.

В заключении хотелось бы отметить, что основные тезисы статьи могут быть скорректированы при публичных обсуждениях с учетом мнения экспертов, в том числе, при подготовке предложений к Доктрине энергетической безопасности России. В частности, данные вопросы будут обсуждаться на 40-й научно-практической конференции «Современные информационные технологии в нефтяной и газовой промышленности» 23-30 октября 2011 г. в рамках соответствующего круглого стола и на пленарном заседании и секциях международной научно-практической конференции "Суперкомпьютерные технологии в нефтегазовой отрасли", которая пройдет в Москве с 6 по 8 декабря 2011 г.


[1] См. доклад Darijus Strasunskas «Совместное online управление жизненным циклом месторождений и оценка. Обзор литературы и фактов» 2009 г.

 

И. Г. Мельников, к.т.н, президент НО «Союзнефтегазсервис»