Адаптивная система управления бурением скважин на базе единой цифровой платформы

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к системам для мониторинга строительства нефтегазовых скважин и управления буровыми операциями. Техническим результатом является сокращение времени бурения и снижение рисков аварий и осложнений, оптимизация технологических процессов, автоматизация анализа потока данных и управления отдельными процессами при бурении скважин. Система содержит набор серверов агрегации данных с агрегированными данными в стандартном формате, причем каждый сервер агрегации данных имеет хранилище данных, набор аналитических инструментов, базу знаний на буровой площадке, локальный сервер в удаленном местоположении. Причем локальный сервер хранит зеркальные копии данных, которые хранятся на серверах агрегации данных, и имеет набор подсистем обработки и анализа. При этом локальный сервер находится под управлением единой цифровой платформы, включающей в себя интерфейс разработчика, посредством которого все авторизованные поставщики данных получают доступ к единой цифровой платформе с возможностью интеграции в нее своих систем по единым стандартам платформы, с возможностью создания программного интерфейса API для взаимосвязи своих систем с ресурсами единой цифровой платформы, а также с возможностью создания для своих систем собственных интерфейсов в базовом интерфейсе пользователя единой цифровой платформы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к системам для мониторинга строительства нефтегазовых скважин и управления буровыми операциями.

Уровень техники

Ниже представлены аналоги предлагаемого изобретения.

Известно изобретение для текущего контроля и управления операциями наклонно-направленного бурения и их моделирования (RU 2617817, 27.04.2017), которое включает способ, машиночитаемое устройство и устройство мобильной связи и предназначено для управления бурением нефтегазовых скважин.

Известна мобильная станция геолого-технологических исследований для супервайзера (RU 2646889, 12.03.2018), которая состоит из размещаемого на буровой площадке оборудования и технического комплекса оператора станции и обеспечивает проведение мониторинга бурения, освоения, ремонта нефтяных скважин.

Вышеуказанные изобретения имеют ряд недостатков, которые обусловлены отсутствием необходимого набора технических решений, обеспечивающих значительное повышение эффективности бурения скважин за счет применения цифровых платформенных технологий и адаптивных систем.

Известна мобильная лаборатория для инженерно-геологических изысканий в строительстве (RU 2462556, 27.09.2012), содержащая контрольно-измерительную аппаратуру, химико-аналитическое оборудование, снабженная блок-контейнером с возможностью его установки на любое транспортное средство, и предназначенная для исследования свойств мерзлых и немерзлых грунтов в полевых условиях. Данное изобретение имеет те же недостатки и, кроме того, не предназначено для использования при строительстве нефтегазовых скважин.

Известно изобретение, описывающее буровую инфраструктуру для совместной работы (RU 2457325, 27.07.2012), задачей которого является обеспечение способов, устройств и систем для создания инфраструктуры для облегчения совместной работы между членами команды проекта строительства и бурения нефтяной скважины, находящимися в различных местоположениях. Данное изобретение, в части системы для облегчения совместной работы между пользователями на буровой площадке и пользователями в удаленном местоположении, выбрано в качестве прототипа, поскольку является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения.

В соответствии с прототипом система предусматривает наличие модуля стандартного квалификационного процесса, сконфигурированного для сопоставления одних или более данных нефтяной скважины с одним или более описанием данных, связанным с ним; причем стандартный квалификационный процесс для новых поставщиков данных является программным процессом, который включен в расположенный на буровой площадке сервер агрегации данных. Недостатком прототипа является то, что в системе отсутствует техническая возможность агрегирования данных новых поставщиков без необходимости их сопоставления на буровой площадке с одним или более описанием данных. В прототипе сопоставление данных новых поставщиков осуществляется на буровой площадке посредством модуля стандартного квалификационного процесса на сервере агрегации данных, при этом не учитывается, что сопоставление данных новых поставщиков требует неопределенного времени и может привести как к увеличению времени подготовительных работ, так и к увеличению рисков возникновения инцидентов в период отсутствия сопоставленных данных из-за невозможности их анализа для принятия оперативных решений при бурении скважины. В этой связи требуется разработать техническое решение, которое исключит необходимость использования модуля стандартного квалификационного процесса и позволит агрегировать данные новых поставщиков без необходимости их сопоставления на буровой площадке с одним или более описанием данных.

Сущность изобретения

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономических показателей строительства нефтегазовых скважин за счет применения адаптивной системы управления бурением скважин на базе единой цифровой платформы.

Технический результат достигается тем, что адаптивная система управления бурением скважин на базе единой цифровой платформы, предназначенная для управления буровыми операциями, содержит: набор серверов агрегации данных с агрегированными данными в стандартном формате, причем каждый сервер агрегации данных имеет хранилище данных, набор аналитических инструментов, базу знаний на буровой площадке; локальный сервер в удаленном местоположении, причем локальный сервер хранит зеркальные копии данных, которые хранятся на серверах агрегации данных, и имеет набор подсистем обработки и анализа; причем согласно изобретению локальный сервер находится под управлением единой цифровой платформы, включающей в себя интерфейс разработчика, посредством которого все авторизованные поставщики данных получают доступ к единой цифровой платформе с возможностью интеграции в нее своих систем по единым стандартам платформы, с возможностью создания программного интерфейса API для взаимосвязи своих систем с ресурсами единой цифровой платформой, а также с возможностью создания для своих систем собственных интерфейсов в базовом интерфейсе пользователя единой цифровой платформы.

Интерфейс разработчика предлагаемого изобретения реализован с возможностью работы поставщиков данных в среде разработки единой цифровой платформы.

Локальный сервер под управлением единой цифровой платформы посредством защищенных каналов связи соединен с едиными мобильными сооружениями на буровой площадке, каждое из которых имеет два выхода и несколько секций: первую секцию, выполненную с возможностью работы с образцами шлама, керна, бурового и тампонажного раствора и имеющую конструктивную возможность ее изолирования от других секций; вторую секцию, выполненную с возможностью сбора, хранения, обработки и анализа данных, имеющую комплекс устройств для работы с отдельными наземными и подземными датчиками, комбинированными системами измерений на буровой площадке, дополнительными поставщиками данных, и сервер агрегации данных под управлением единой цифровой платформы с хранилищем данных, набором аналитических инструментов единой цифровой платформы, набором подсистем обработки и анализа единой цифровой платформы, базой знаний на буровой площадке; третью секцию, выполненную с возможностью группового обсуждения и детального анализа при принятии оперативных решений непосредственно на буровом объекте, имеющую комплекс устройств для интерактивного представления результатов расширенного анализа агрегированных данных, причем указанная секция посредством единой цифровой платформы выполнена с возможностью видеоконференцсвязи с удаленными экспертами и реализации технологии дистанционного интерактивно-производственного обучения.

Единая цифровая платформа выполнена с возможностью накапливания данных и использования информации; автоконфигурации в зависимости от изменения технологической ситуации на буровой площадке и самонастройки в зависимости от результатов прогнозирования возникновения осложнений и аварий на основе матрицы рисков; автоматического выбора и выдачи набора аналитической информации при детальном анализе и групповом обсуждении определенных типов буровых операций, производственных ситуаций, видов инцидентов в процессе выработки оперативных решений непосредственно на буровом объекте.

Краткое описание чертежей

Другие цели, признаки и преимущества предложенного изобретения станут понятны специалистам в данной области техники при изучении описания и чертежей, на которых:

Фиг. 1 является схематичным видом адаптивной системы управления бурением скважин на базе единой цифровой платформы.

Фиг. 2 является схемой единого мобильного сооружения на буровой площадке.

Описание изобретения

При бурении нефтегазовых скважин значительная часть статистических, проектных, производственных и геолого-геофизических данных не используется. В результате потери информации и сложности расширенного анализа формируются неоптимальные технико-технологические и управленческие решения. Цифровая интеграция бурового производства с использованием предложенного и нижеописанного изобретения обеспечит сведение к минимуму ошибок при управлении бурением скважин, а также: повысит скорость и точность обработки потока данных благодаря технической рационализации взаимосвязи передовых разработок различных производителей программных и программно-аппаратных систем; значительно повысит научный уровень работ благодаря интерпретации всего потока данных и своевременного использования результатов комплексного анализа при управлении производством непосредственно на буровом объекте; существенно повысит производительность труда за счет передачи рутинных работ и многочисленных отчетных форм специализированным программам и перехода к новациям на основе комбинации новых средств автоматизации и технологий искусственного интеллекта.

Ниже представлено описание варианта осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Следует понимать, что специалисты в данной области техники легко увидят другие варианты осуществления и возможность сделать изменения без выхода за объем изобретения.

На фиг. 1 представлен схематичный вид адаптивной системы 100 управления бурением скважин на базе единой цифровой платформы.

Адаптивная система 100 обеспечивает управление буровыми операциями и позволяет организовать совместную работу между пользователями на буровой площадке и пользователями в удаленном местоположении.

Система 100 для управления буровыми операциями содержит: набор серверов агрегации данных, в состав которого входят серверы агрегации данных 221 единых мобильных сооружений 201-203 с агрегированными данными в стандартном формате, причем сервер агрегации данных 221 имеет хранилище данных 223, набор аналитических инструментов 224, базу знаний на буровой площадке 222; и локальный сервер 101 в удаленном местоположении, причем локальный сервер хранит зеркальные копии данных, которые хранятся на серверах агрегации данных 221 единых мобильных сооружений 201-203, и имеет набор подсистем обработки 109 и анализа 108.

Система 100 отличается тем, что локальный сервер 101 находится под управлением единой цифровой платформы, включающей в себя интерфейс разработчика 102, посредством которого все авторизованные поставщики данных 123, 113-115, 116 получают доступ к единой цифровой платформе с возможностью интеграции в нее своих программных и/или программно-аппаратных систем по единым стандартам платформы, с возможностью создания программного интерфейса API (Application Programming Interface) 104 для взаимосвязи своих систем с ресурсами 105-109 единой цифровой платформы, а также с возможностью создания для своих систем собственных интерфейсов в базовом интерфейсе пользователя 103 единой цифровой платформы. Программные ресурсы 105-109 единой цифровой платформы могут создаваться нефтедобывающей компанией 116, сервисными компаниями 113-115, внешними авторизованными разработчиками программного обеспечения 123.

Локальный сервер 101, обеспечивающий управление буровыми операциями, представляет собой один или несколько выделенных высокопроизводительных компьютеров, объединенных в кластер и образующих единый ресурс под управлением цифровой платформы. Локальный сервер 101 содержит хранилище данных 105 и базу знаний 106 по всем скважинам и месторождениям нефтедобывающей компании, полный набор аналитических инструментов 107, а также полные наборы подсистем анализа 108 и подсистем обработки 109.

Интерфейс разработчика 102 представляет собой виртуальную инфраструктуру рабочих столов с готовым рабочим окружением разработчика программного обеспечения 123, 113-115, 116 с уже установленным необходимым набором программных систем и средств разработки и предназначен для интеграции программных и/или программно-аппаратных систем новых поставщиков данных в единую цифровую платформу по единым стандартам платформы, включая создание и/или изменение следующих ресурсов единой цифровой платформы: хранилища данных 105, базы знаний 106, аналитических инструментов 107, подсистем анализа 108, подсистем обработки 109, а также для создания и/или изменения программных интерфейсов 104 и интерфейсов пользователя 103.

Интерфейс разработчика предлагаемого изобретения реализован с возможностью работы поставщиков данных 123 и/или 113-115 и/или 116 в среде разработки 133 единой цифровой платформы.

Базовый интерфейс пользователя 103 представляет собой набор средств ввода и отображения информации посредством реализованных в приложениях виртуальной инфраструктуры рабочих столов и/или посредством web-интерфейса и предназначен для доступа авторизованных пользователей 201-203 и 113-115 и 116 к единой цифровой платформе. В базовый интерфейс пользователя 103 поставщики данных 113-115, 116, 123 могут включать собственные интерфейсы, необходимые для работы с их системами.

Программный интерфейс API 104 представляет собой набор классов, процедур, функций, структур или констант и предназначен для взаимодействия находящихся внутри цифровой платформы ресурсов 105-109, а также для их взаимодействия с находящимися вне цифровой платформы программными или программно-аппаратными системами 131 и 132, которые могут быть установлены как у сервисных компаний 113-115 и нефтедобывающей компании 116, так и у пользователей на буровой площадке 110-112. Программный интерфейс 104 состоит из базовой (незыблемой) части и дополнительной части, которую создают поставщики данных 113-115, 116, 123 для своих систем.

Хранилище данных единой цифровой платформы 105 представляет собой хранилище постоянного или непостоянного типа (например, но не ограничиваясь, такими типами как: магнитная память, жесткие диски, микросхемы памяти) и предназначено для хранения зеркальных копий всех агрегированных данных буровых площадок 110-112.

База знаний единой цифровой платформы 106 представляет собой совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения и предназначена для управления созданием и использованием данных. Структура базы знаний 106 предполагает незыблемую часть, которая включает проектные данные и полный набор исходных геолого-технологических данных, полученных по каждой скважине (так называемое «дело скважины»), и дополнительную часть, которая содержит обработанные данные по скважинам.

Полный набор подсистем обработки единой цифровой платформы 109 представляет собой комплекс программных систем, запускаемых автоматически и являющихся системными службами. Набор подсистем обработки 109 предназначен для преобразования агрегированных данных в стандартный формат данных в хранилище данных 105. Стандартный формат данных может быть, но не ограничиваясь, форматом стандарта WITS/WITSML или форматом языка разметки, основанным на развитии формата стандарта передачи данных буровой площадки.

Полный набор подсистем анализа единой цифровой платформы 108 представляет собой комплекс программных систем, запускаемых автоматически и являющихся системными службами. Набор подсистем анализа 108 предназначен для подготовки данных к аналитической обработке, сопоставления агрегированных данных с проектными, выполнения стандартных расчетов, предоставления пользователям 113-115, 116, 201-203 возможности доступа к агрегированным данным с использованием стандартного формата данных и возможности анализа агрегированных данных с использованием набора аналитических инструментов 107.

Полный набор аналитических инструментов единой цифровой платформы 107. Набор 107 содержит системы различного назначения, начиная от систем мониторинга надежности бурильного инструмента, анализа риска слома компоновки низа бурильной колонны, расчета оптимального времени рейса бурения в осложненных породах, оценки вероятности возникновения аварий и осложнений на основе матрицы рисков (включая риск газонефтеводопроявления), оптимизации технологических режимов бурения и заканчивая системами управления логистикой, рейтингования полевого персонала, снижения скрытого и видимого непроизводительного времени, оценки эффективности сервисных компаний и прочие. Полный набор аналитических инструментов 107 может включать блок моделирования процессов геомеханики, блок геолого-гидродинамического моделирования, блок моделирования сценариев (в том числе при комбинации нескольких технологий с оценкой синергетического эффекта), другие системы моделирования. Кроме того, набор аналитических инструментов 107 обеспечивает визуализацию данных и результатов анализа с формированием набора отчетов в автоматическом и/или ручном режиме.

Локальный сервер под управлением единой цифровой платформы 101 посредством защищенных каналов связи соединен с едиными мобильными сооружениями 201, 202 и 203 на буровых площадках (фиг.2), которые предназначены для повышения эффективности бурового производства путем сокращения времени на принятие решения. Каждое из мобильных сооружений 201, 202 или 203 выполнено с технологической возможностью объединения в нем рабочих мест представителей всех задействованных при бурении сервисных компаний 113-115, в том числе бурового супервайзера с междисциплинарными знаниями (геосупервайзера), что обеспечивает интегрированное управление буровым производством; кроме того, выполнено с технологической возможностью сопряжения супервайзинга с источниками первичной информации, что обеспечивает прямой доступ бурового супервайзера к неинтерпретированным данным (истинным, нередактированным данным), своевременное выявление и предотвращение скрытого непроизводительного времени, возможность эффективного управления рисками.

Единое мобильное сооружение 201, 202 или 203 на буровых площадках 110, 111 или 112 имеет два выхода 204 и 205 и несколько секций 210, 220, 230. Над входами 204 и 205 установлены тепловые завесы, активизируемые при низких температурах окружающей среды. Может быть установлен автономный герметичный GPS-трекер (предусмотрена скрытая установка) для точного отслеживания местоположения с привязкой ко времени. Под днищем единого мобильного сооружения 201, 202, 203 установлены навесные ящики для транспортировки и хранения датчиков и систем измерений. Специальное мобильное сооружение 201, 202 или 203 может быть выполнено в виде блок-контейнера с возможностью установки на любое транспортное средство соответствующей грузоподъемности.

Первая секция 210 выполнена с возможностью работы с образцами шлама и керна 211, бурового и тампонажного раствора 212 и имеет конструктивную возможность 213 ее изолирования от других секций. Обеспечивает возможность мониторинга геолого-геохимических параметров, контроля периодического отбора и исследование проб бурового шлама и керна, фиксирования времени выхода забойных проб и расчета времени отставания, выполнения люминесцентно-битуминологического анализа проб, выполнения анализа количественного состава углеводородных газов (включая изомеры) в газовоздушной смеси и процентное содержание основных литологических разностей в пробах шлама и иные задачи, связанные с отбором и исследованием шлама, керна, а также бурового и тампонажного растворов. Первая секция 210 имеет металлический умывальник с электронагревателем, столешницу из нержавеющей стали, зеркало, стеллажи для хранения образцов, электроплитку для сушки шлама, систему независимой вентиляции.

Вторая секция 220 выполнена с возможностью сбора, хранения, обработки и анализа данных и имеет: комплекс устройств 227 для работы с отдельными наземными и подземными датчиками, комбинированными системами измерений на буровой площадке, дополнительными поставщиками данных; сервер агрегации данных 221 под управлением единой цифровой платформы с хранилищем данных 223, необходимым набором аналитических инструментов 224 единой цифровой платформы (выбранных для конкретного бурового объекта и определенного вида оказываемых услуг), необходимым набором подсистем обработки 225 и необходимым набором подсистем анализа 226 единой цифровой платформы, базой знаний 222 на буровой площадке.

Комплекс устройств 227 обеспечивает получение и работу с первичными данными: материалами бурового подрядчика и бурового супервайзера, измерениями при геолого-технологических исследованиях и сопровождении наклонно-направленного или горизонтального бурения (данными геонавигации), данными закачки буровых растворов и мониторинга порового давления, иных данных различных поставщиков данных. Комплекс устройств 227 также обеспечивает получение и работу с эпизодическими данными, такими как, но не ограничиваясь данными: приборов на кабеле, цементирования скважин, испытаний буровой колонны и прочие. Устройства 227 обеспечивают регистрацию и обработку расширенного набора аналоговых и/или высокоточных цифровых данных при частоте опроса датчиков до 20 раз в секунду - для обеспечения высокой дискретности шага механического каротажа по глубине (не более 1 см) и сокращения набега глубины, а также для обеспечения возможности высокоточного расчета геолого-технологических рисков, включая оценку вероятности слома бурильного инструмента и компоновки низа бурильной колонны, оценку усталостной прочности бурильных труб, оценку геомеханических неопределенностей и прочее. Комплекс устройств 227 может быть снабжен модулем беспроводной связи с датчиками и обеспечивать исключение потери данных при перебоях в основной линии связи. Посредством единой цифровой платформы устройства 227 обеспечивают возможность удаленного мониторинга процессов бурения скважин, управления отдельными операциями, конфигурирования и настройки параметров наземных и подземных датчиков и систем измерений.

Сервер агрегации данных 221 представляет собой аппаратно-программный комплекс, состоящий из одного или нескольких физических или виртуальных компьютеров под управлением единой цифровой платформы, и предназначен для обеспечения доступа к различным системам поставщиков данных на буровой площадке, а также обеспечивает локальный доступ к агрегированным данным. Сервер агрегации 221 находится под управлением единой цифровой платформы, включающей необходимый набор программных интерфейсов 228 и интерфейсов пользователя 229 (выбранный для конкретного бурового объекта и определенного вида оказываемых услуг), реализованных в единой цифровой платформе и являющихся составными частями 104 и 103, соответственно.

Хранилище данных 223, которое представляет собой хранилище постоянного или непостоянного типа (например, но не ограничиваясь, такими типами как: магнитная память, жесткие диски, микросхемы памяти) и предназначена для хранения агрегированных данных с буровой площадки. Хранилище данных 223 и база знаний 222 на буровой площадке оптимизированы для передачи данных на локальный сервер 101 при малой пропускной способности интернет-канала. Хранилище данных 223 может включать нередактируемую базу данных кодов АЦП датчиков.

Набор аналитических инструментов 224 единой цифровой платформы, необходимых для определенного бурового объекта и вида оказываемых услуг. Аналитические инструменты 224 представляют собой выборочный набор систем различного назначения, имеющихся в полном наборе аналитических инструментов 107, и предназначены для их использования на буровой площадке 110-112. В случае отсутствия необходимой системы в аналитических инструментах 224, она может быть получена из полного набора аналитических инструментов 107 по запросу, сформированному адаптивной системой 100 автоматически или вручную по запросу пользователя на буровой площадке. Набор аналитических инструментов 224 имеет: систему аутентификации пользователей; графический редактор экранов в модуле визуализации - для всех пользователей, в том числе для монитора бурильщика.

Необходимый набор подсистем обработки 225 единой цифровой платформы представляет собой комплекс программных систем, запускаемых автоматически и являющихся системными службами, и предназначен для преобразования агрегированных данных с буровой площадки в стандартный формат данных в хранилище данных 223. Набор подсистем обработки 225 с настраиваемой периодичностью производит: синхронизацию данных, которые хранятся на сервере агрегации данных 221, с данными на локальном сервере 101; а также резервное копирование данных в хранилище данных 223. Набор подсистем обработки 225 может включать модуль контроля качества и достоверности данных, модуль GPS/Глонасс синхронизации времени измерения, модуль регистрации событий и состояния измерительных систем, другие необходимые модули.

Необходимый набор подсистем анализа 226 единой цифровой платформы представляет собой комплекс программных систем, запускаемых автоматически и являющихся системными службами. Набор подсистем 226 предназначен для подготовки данных к аналитической обработке, сопоставления агрегированных данных с проектными, выполнения стандартных расчетов, предоставления пользователям в едином мобильном сооружении 201-203 возможности анализа агрегированных данных с использованием набора аналитических инструментов 224, а также для доступа комплекса устройств для интерактивного представления результатов расширенного анализа 231 к агрегированным данным с использованием стандартного формата данных.

Необходимый набор аналитических инструментов 224 и необходимый набор подсистем анализа 226 единой цифровой платформы обеспечивают возможность выполнения: комплексного анализа данных и моделирования процессов бурения нефтегазовых скважин в реальном времени; оперативного формирования отчетов и баланса времени по операциям при бурении скважин в автоматическом режиме; создания и настройки пользовательских шаблонов, режимов сигнализаций и распознавания различных ситуаций; записи комментариев в базе знаний 222 с привязкой к любому параметру по времени или глубине.

База знаний 222 на буровой площадке представляет собой совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения и предназначена для управления созданием и использованием данных. Структура базы знаний 222 предполагает незыблемую часть, которая включает проектные данные и полный набор исходных геолого-технологических данных, полученных по каждой скважине конкретной буровой площадки 110-112 (так называемое «дело скважины»), и дополнительную часть, которая содержит обработанные данные по скважинам конкретной буровой площадки 110-112.

Третья секция 230 выполнена с возможностью группового обсуждения и детального анализа исходных данных и полученных материалов при принятии оперативных решений непосредственно на буровом объекте. В секции 230 установлены складные (откидные) стулья для участников совещаний (рассчитаны на вес 150 кг), на стенах - магнитно-маркерные доски, в два ряда - карманы для расположения в них плакатов по технике безопасности, дополнительно может быть установлена передвижная магнитно-маркерная доска. Секция 230 имеет комплекс устройств 231 для интерактивного представления результатов расширенного анализа агрегированных данных, причем указанная секция посредством единой цифровой платформы выполнена с возможностью видеоконференцсвязи 232 с удаленными экспертами и реализации технологий дистанционного интерактивно-производственного обучения 233.

Комплекс устройств 231 для интерактивного представления результатов расширенного анализа агрегированных данных включает персональные компьютеры с установленным набором аналитических инструментов 224 и предназначен для бурового супервайзера и представителей подрядных организаций 113-115, задействованных при строительстве скважины и работающих в едином мобильном сооружении 201 или 202, или 203. Комплекс устройств 231 позволяет принимать оперативные решения на основе многофакторного анализа расширенного набора данных. Причем анализ данных выполняется либо с использованием программных (или программно-аппаратных) систем, установленных на сервере агрегации данных 221 в едином мобильном сооружении 201-203, и их использование возможно посредством интерфейса пользователя 229 или посредством программного интерфейса 228; либо с использованием программных систем, установленных на локальном сервере 101, и их использование возможно посредством интерфейса пользователя 117-119 или посредством программного интерфейса 120-122. Анализ данных также может выполняться с использованием систем, установленных вне цифровой платформы у пользователей на буровой площадке 110-112 посредством программного интерфейса 228. Комплекс устройств 231 посредством единой цифровой платформы предоставляет возможность автоматического выбора и выдачи набора аналитической информации при детальном анализе и групповом обсуждении определенных типов буровых операций, производственных ситуаций, видов инцидентов в процессе выработки оперативных решений непосредственно на буровом объекте 110-112.

В секции 230 установлены: телевизор на поворотных кронштейнах, медиа-проигрыватель, камера с возможностью записи и хранения видео, иные устройства системы многоканальной видеоконференцсвязи 232 для проведения конференций, инструктажей, презентаций.

Для реализации технологии дистанционного интерактивно-производственного обучения 233 в секции 230 установлены интерактивная доска для презентаций и набор устройств и принадлежностей, необходимых для проведения дистанционного обучения студентов или магистрантов и дистанционных курсов повышения квалификации или переподготовки специалистов. В том числе, но не ограничиваясь, установлены видеокамеры с возможностью: беспроводной передачи и записи видео; размещения на шлеме, на плече или на груди; проведения обучающих видео-туров, включающих обход и осмотр нефтегазовых объектов в рамках технологического аудита или аудита в области ПБ, ОТ и ООС.

Единая цифровая платформа адаптивной системы управления 100 выполнена с возможностью накапливания данных и использования информации. Посредством ресурсов единой платформы 105-109, 222-226, а также 102-103, 228-229 обеспечивается возможность использования цифровых историй скважин, то есть разработки и отладки методик и алгоритмов использования базы знаний 106 с целью предотвращения аварий и снижения рисков возникновения осложнений при бурении скважин. В том числе использование цифровых историй скважин для анализа статистических сведений и исключения повторения технико-технологических и управленческих ошибок, составления оптимальных производственных планов и программ бурения с разбивкой по подразделениям компании и/или исполнителям. Кроме того, обеспечивается возможность использования цифровых историй скважин с целью повышения эффективности капитального ремонта скважин, включая: выбор скважин-кандидатов, технологий обработки призабойной зоны или повышения нефтеотдачи пласта, режимов проведения операций ремонтно-изоляционных работ и др.

Единая цифровая платформа адаптивной системы управления 100 выполнена с возможностью: автоконфигурации в зависимости от изменения технологической ситуации на буровой площадке; самонастройки в зависимости от результатов прогнозирования возникновения осложнений и аварий на основе матрицы рисков; роботизации процессов бурового производства с использованием технологий искусственного интеллекта; автоматического выбора и выдачи набора аналитической информации при детальном анализе и групповом обсуждении определенных типов буровых операций, производственных ситуаций, видов инцидентов в процессе выработки оперативных решений непосредственно на буровом объекте. В том числе, но не ограничиваясь, система 100 обеспечивает возможность автоматического выполнения: распознавания ситуаций с выбором наборов используемых алгоритмов и аналитических инструментов 107, масштабирования изображений (графиков, диаграмм и пр.), настройки параметров, калибровки и конфигурирования датчиков и измерительных систем на буровой площадке 110-112, изменения режимов отдельных процессов бурения. Например, посредством единой цифровой платформы в автоматизированный режим могут быть переведены: мониторинг измерения параметров бурового раствора, геонавигации, геолого-технологических исследований и других процессов; первичный и полный анализ данных; моделирование производственных процессов и сценариев с оценкой рисков и заблаговременным предупреждением о вероятности возникновения инцидентов и с предоставлением набора вариантов их предотвращения. Как следствие, система 100 обеспечивает повышение эффективности работы удаленных ситуационных центров, повышение производительности труда и сокращение численности персонала, высвобождение времени полевых специалистов для концентрации внимания на ответственных задачах.

Посредством адаптивной системы 100 управления бурением скважин на базе единой цифровой платформы обеспечивается минимизация влияния человеческого фактора, прозрачность регистрируемых данных, удаленный мониторинг и администрирование оборудования на буровой площадке 110-112. Обеспечивается синхронизация хранилища данных 223 сервера агрегации данных 221 и полного хранилища данных 105 по времени (GPS/Глонасс синхронизация), обеспечивается регистрация и запись первичных данных и журналирование событий, защита данных от редактирования оператором. Проводится автоматическая оптимизация скорости передачи данных и объемов хранения информации. Производится использование log-файлов, содержащих историю подключения, отключения, конфигурации датчиков и/или комбинированных систем измерений на буровой площадке, иного оборудования. Использование протокола TCP/IP позволяет интегрировать в единую цифровую платформу системы видеорегистрации, телефонии (SIP, LTE, спутниковые и иные) с возможностью записи всех переговоров. Обеспечивается возможность транслирования из единого мобильного сооружения 201-203 необходимого набора измеряемых данных и комплексных аналитических материалов в цифровом, графическом, табличном и ином виде на рабочие места в вагонах сервисных компаний 113-115 на буровой площадке, в том числе компании по геонавигации, цементированию скважин, закачке буровых растворов, каротажу при бурении и иных. Посредством единого мобильного сооружения 201-203 возможно обеспечение всех задействованных на буровой площадке сервисных компаний 113-115 видео- и аудиосвязью.

Адаптивная система 100 управления бурением скважин на базе единой цифровой платформы, в частности единые мобильные сооружения 201-203, снабжены системами сигнализаций, адаптивными и/или настраиваемыми в ручную, в том числе при превышении допустимых параметров (например, но не ограничиваясь такими как: скорость спуско-подъемных операций, аномальное изменение уровня жидкости в емкостях, превышение давления, превышение веса и другие). Возможна интеграция в систему 100 автоматизированных программных или программно-аппаратных систем контроля соблюдения персоналом на буровой площадке 110-112 техники безопасности, контроля выполнения поставленных задач, оценки эффективности сервисных компаний 113-115 на основе набора критериев оценки по ключевым показателям эффективности (КПЭ), иных систем.

Изобретение используется следующим образом

Разработка ресурсов единой цифровой платформы, включая: аналитические инструменты 107 (в том числе 224), наборы подсистем анализа 108 (в том числе 226), наборы подсистем обработки 109 (в том числе 225) может производиться тремя способами (в зависимости от того, кто является правообладателем и разработчиком программной или программно-аппаратной системы).

Первый способ - внешними разработчиками программного обеспечения 123 посредством интерфейса разработчика 124. В этом случае разработчик 123 взаимодействует 135 с нефтедобывающей компанией 116 - согласовывает техническое задание и получает: разрешение на включение необходимых ресурсов (включая аналитические инструменты) в состав единой цифровой платформы, описание единой цифровой платформы, соответствующие права (авторизацию) для работы в среде разработки 133 единой платформы. Нефтедобывающая компания 116 проверяет реализацию технического задания: оценивает промежуточные и итоговые результаты, при необходимости вносит замечания и контролирует исправление.

Второй - сервисными компаниями 113-115 собственными силами посредством интерфейса разработчика 125. В этом случае сервисная компания 113-115 взаимодействует 136 с нефтедобывающей компанией 116 - согласовывает техническое задание и получает: разрешение на включение необходимых ресурсов (включая аналитические инструменты) в состав единой цифровой платформы, описание единой цифровой платформы, соответствующие права (авторизацию) для работы в среде разработки 133 единой платформы. Нефтедобывающая компания 116 проверяет реализацию технического задания: оценивает промежуточные и итоговые результаты, при необходимости вносит замечания и контролирует исправление.

Также допускается возможность привлечения сервисной компанией 113-115 специализированной организации-разработчика программного обеспечения 123. В этом случае сервисная компания 113-115 дополнительно получает у нефтедобывающей компании 116 соответствующие права (авторизацию) для конкретного разработчика программного обеспечения 123 и взаимодействует 134 с этой организацией 123: передает техническое задание и проверяет результаты его реализации в единой цифровой платформе.

Третий - нефтедобывающей компанией 116 собственными силами посредством интерфейса разработчика 126.

Также допускается возможность привлечения нефтедобывающей компанией 116 специализированной организации-разработчика программного обеспечения 123. В этом случае нефтедобывающая компания 116 предоставляет разработчику программного обеспечения 123 соответствующие права (авторизацию) и напрямую взаимодействует 135 с этой организацией 123: передает техническое задание и проверяет результаты его реализации в единой цифровой платформе.

Локальный сервер под управлением единой цифровой платформы 101 расположен в удаленном местоположении от буровой площадки 110 и буровых площадок 111 и 112, при этом ресурсы единой цифровой платформы 105-109 доступны как пользователям на буровой площадке 110, 111 и 112, так и сервисным компаниям 113, 114 и 115, а также нефтедобывающей компании 116. Доступ к ресурсам единой цифровой платформы регламентирован в соответствии с заданным типом пользователей - используется система уровней доступа с распределением прав пользователей.

Взаимодействие пользователей на буровой площадке 110, 111 или 112 с ресурсами единой цифровой платформы 222-226 может осуществляться посредством интерфейса пользователя 228 - в случае если эта возможность реализована для поставленной задачи; или посредством программного интерфейса 229 - в случае если используются программные системы, установленные на компьютере пользователя и имеющие интерфейс API, реализованный в единой цифровой платформе. Также предусмотрена возможность взаимодействия пользователей на буровой площадке 110, 111 или 112 с ресурсами единой цифровой платформы 105-109 посредством интерфейса пользователя 117, 118, 119 или посредством программного интерфейса 120, 121,122.

Использование ресурсов единой цифровой платформы 105-109 пользователями сервисных компаний 113, 114, 115, расположенными удаленно от буровых площадок 110, 111, 112 организовано или посредством интерфейса пользователя 128 - в случае если эта возможность реализована для поставленной задачи; или посредством программного интерфейса 127 - в случае если используется программные системы, установленные на компьютере пользователя и имеющее интерфейс API, реализованный в единой цифровой платформе.

Аналогично организовано использование ресурсов единой цифровой платформы 105-109 пользователями нефтедобывающей компании 116 - посредством интерфейса пользователя 130 или программного интерфейса 129.

Доступ к необходимой информации 105-109 единой цифровой платформы предоставляется в режиме реального времени, предусмотрена интеграция ресурсов 105-109, 103-104 единой цифровой платформы с мобильными устройствами. Для передачи данных используются защищенные каналы связи 117-119, 120-122, 124-130, обеспечивающие высокую степень кибербезопасности.

Посредством ресурсов единой цифровой платформы 105-109 адаптивной системы управления бурением 100 специалисты нефтедобывающей компании 116, в том числе технологи, специалисты по моделированию и управлению заводнением и другие проводят сбор данных по бурению скважин в реальном времени, необходимый комплексный анализ информации с построением срезов по проблемным скважинам, с выдачей сводных графиков, сводок, таблиц и других форм представления результатов интерпретации. При этом специалистам не требуется наличие информации о названии, производителе и иных параметрах идентификации используемых ими программных или программно-аппаратных систем - выбор необходимых аналитических инструментов и иных ресурсов единой цифровой платформы 105-109 их техническая взаимосвязь производится единой платформой в автоматизированном режиме исходя из поставленной специалистом задачи.

Посредством ресурсов единой цифровой платформы 105-109 адаптивной системы управления бурением 100 специалисты нефтедобывающей компании 116 и сервисных компаний 113-115, которым предоставлены соответствующие права, производят мониторинг строительства нефтегазовых скважин и управления буровыми операциями.

Обеспечивается технологическая возможность удаленного мониторинга и управления операциями при строительстве как типовых скважин, так и скважин сложного строения: многоствольных, оптимизированного дизайна, с отдаленным забоем (с горизонтальным участком до 10 км и более), а также скважин морского шельфа и глубоководных скважин.

Посредством ресурсов единой цифровой платформы 222-226 адаптивной системы управления бурением 100 специалисты сервисных компаний, имеющие рабочие места в единых мобильных сооружениях 201-203 на буровых площадках 110-112 получают техническую возможность для детального анализа и группового обсуждения при принятии оперативных решений непосредственно на буровом объекте, основанных на результатах расширенного анализа агрегированных данных, с возможностью видеоконференцсвязи с удаленными экспертами и реализации технологии дистанционного интерактивно-производственного обучения.

Посредством адаптивной системы управления бурением на базе единой цифровой платформы 100 может быть обеспечена прямая связь всех задействованных при строительстве скважин специалистов, включая отслеживание выполнения поручений, сделанных ответственным специалистом нефтедобывающей компании, буровым супервайзером, буровым мастером, руководителем вспомогательной сервисной службы и т.д.

Техническая поддержка пользователей 201-203 обеспечивается посредством интерфейса пользователя 229. Техническая поддержка пользователей 113-115, 116 обеспечивается посредством интерфейса пользователя 103.

Исходя из представленного подробного описания, единая цифровая платформа адаптивной системы управления бурением 100 представляет собой одновременно: стандартизированную технологическую конструкцию для интеграции данных и программных (или программно-аппаратных) систем; инфраструктуру для взаимодействия специалистов буровой компании и сервисных подрядчиков 113-115, нефтедобывающего предприятия 116, разработчиков программного обеспечения 123. Подобная оптимальная интеграция проектных, статистических, модельных, скважинных данных и программных (или программно-аппаратных) систем для их обработки обеспечит рост эффективности производственно-технологических процессов на всем жизненном цикле скважины.

В результате наличия у единой цифровой платформы набора таких технических решений как интерфейс разработчика 102, программный интерфейс 104 и интерфейс пользователя 103 обеспечивается: техническая возможность интеграции систем новых поставщиков данных в единую цифровую платформу (включая программные и программно-аппаратные системы, специализированное низкоуровневое и высокоуровневое программное обеспечение и т.д.); надежная работа всех пользователей адаптивной системы 100 со всеми необходимыми им ресурсами единой цифровой платформы; агрегирование на буровой площадке данных новых поставщиков без необходимости их сопоставления с одним или более описанием данных; комплексный анализ потока цифровых данных и многофакторная аналитическая интерпретация информации.

Таким образом, в результате использования изобретения решается поставленная задача повышения технико-экономических показателей строительства нефтегазовых скважин, в том числе обеспечивается сокращение производительного и непроизводительного времени бурения, снижение рисков аварий и осложнений благодаря: технической возможности единого управления буровым производством и сокращения времени принятия обоснованных решений непосредственно на буровом объекте, оптимизации технологических процессов, автоматизации анализа потока данных и управления отдельными процессами при бурении скважин, облегчению совместной работы между пользователями на буровой площадке и пользователями в удаленном местоположении при мониторинге и управлении строительством скважин. Как следствие, обеспечивается снижение стоимости нефтегазовых скважин в результате более раннего ввода скважин в эксплуатацию, сокращения численности задействованного персонала, увеличения коммерческой скорости бурения и т.д.; кроме того, в результате повышения культуры организации производства за счет своевременного выявления и недопущения фальсификации данных и нарушения планов работ. Дополнительным техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности капитального ремонта скважин за счет возможности создания и практического применения базы знаний, содержащей историю и аналитику по каждой пробуренной скважине.

Источники информации

1. Буровая инфраструктура для совместной работы RU 2457325, Е21 В 47/12, H04L 12/24, 27.07.2012.

2. Мобильная лаборатория для инженерно-геологических изысканий в строительстве RU 2462556, E02D 1/00, 27.09.2012.

3. Текущий контроль и управление операциями наклонно-направленного бурения и их моделирование RU 2617817, Е21 В 44/00, Е21 В 47/12, G06F 17/40, 27.04.2017.

4. Мобильная станция геолого-технологических исследований для супервайзера RU 2646889, Е21 В 47/00, 12.03.2018.

1. Система для управления буровыми операциями, содержащая: набор серверов агрегации данных с агрегированными данными в стандартном формате, причем каждый сервер агрегации данных имеет хранилище данных, набор аналитических инструментов, базу знаний на буровой площадке; локальный сервер в удаленном местоположении, причем локальный сервер хранит зеркальные копии данных, которые хранятся на серверах агрегации данных, и имеет набор подсистем обработки и анализа; отличающаяся тем, что локальный сервер находится под управлением единой цифровой платформы, включающей в себя интерфейс разработчика, посредством которого все авторизованные поставщики данных получают доступ к единой цифровой платформе с возможностью интеграции в нее своих систем по единым стандартам платформы, с возможностью создания программного интерфейса API для взаимосвязи своих систем с ресурсами единой цифровой платформы, а также с возможностью создания для своих систем собственных интерфейсов в базовом интерфейсе пользователя единой цифровой платформы.

2. Система по п. 1, в которой интерфейс разработчика реализован с возможностью работы поставщиков данных в среде разработки единой цифровой платформы.

3. Система по п. 1, в которой локальный сервер под управлением единой цифровой платформы посредством защищенных каналов связи соединен с едиными мобильными сооружениями на буровой площадке, каждое из которых имеет два выхода и несколько секций: первую секцию, выполненную с возможностью работы с образцами шлама, керна, бурового и тампонажного раствора и имеющую конструктивную возможность ее изолирования от других секций; вторую секцию, выполненную с возможностью сбора, хранения, обработки и анализа данных, имеющую комплекс устройств для работы с отдельными наземными и подземными датчиками, комбинированными системами измерений на буровой площадке, дополнительными поставщиками данных, и сервер агрегации данных под управлением единой цифровой платформы с хранилищем данных, набором аналитических инструментов единой цифровой платформы, набором подсистем обработки и анализа единой цифровой платформы, базой знаний на буровой площадке; третью секцию, выполненную с возможностью группового обсуждения и детального анализа при принятии оперативных решений непосредственно на буровом объекте, имеющую комплекс устройств для интерактивного представления результатов расширенного анализа агрегированных данных, причем указанная секция посредством единой цифровой платформы выполнена с возможностью видеоконференцсвязи с удаленными экспертами и реализации технологии дистанционного интерактивно-производственного обучения.

4. Система по п. 1, в которой единая цифровая платформа выполнена с возможностью накапливания данных и использования информации; автоконфигурации в зависимости от изменения технологической ситуации на буровой площадке и самонастройки в зависимости от результатов прогнозирования возникновения осложнений и аварий на основе матрицы рисков; автоматического выбора и выдачи набора аналитической информации при детальном анализе и групповом обсуждении определенных типов буровых операций, производственных ситуаций, видов инцидентов в процессе выработки оперативных решений непосредственно на буровом объекте.