«Интеллектуальная скважина» - что это?

(Опубликовано в №11/2011 журнала «Нефть. Газ. Новации, главная тема которого «Интеллектуальные скважины»)

20 октября 2011 года в Самаре в рамках V Международной специализированной выставки "Нефтедобыча. Нефтепереработка. Химия" состоялся круглый стол на тему "Интеллектуальная скважина". Организатором данного мероприятия выступил общероссийский научно–технический журнал "Нефть. Газ. Новации".

Одна из интереснейших тем современного нефтегазового дела - "интеллектуальная скважина" - вызвала у собравшихся неподдельный интерес. Завязалась оживленная дискуссия. Обсуждали как само понятие "интеллектуальная скважина", так и достижения в области автоматизированного управления ее работой. Кстати, впервые термин "интеллектуальная скважина" был предложен профессором РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, доктором технических наук Валерием Владимировичем Кульчицким. Именно он впервые в СССР создал технологию проводки наклонно направленных и горизонтальных скважин, оснащенных отечественными бескабельными забойными телеметрическими системами с электромагнитным каналом связи. Шли годы, и хотя это понятие прочно укоренилось в терминологии специалистов нефтегазовой отрасли, до сих пор споры вокруг него не утихают. В переводе с латинского "интеллект" означает "познание, понимание, рассудок". Существует аналогичный термин, предложенный зарубежными специалистами и употребляемый довольно часто, smartwell (умная скважина). Что же подразумевают под этими определениями специалисты современного нефтегазового дела? Какие компании достигли успехов в области разработки и внедрения технологий и оборудования, связанных с "интеллектуальными скважинами"? Приводим мнения специалистов, принявших участие в круглом столе "Интеллектуальная скважина", а также проявивших интерес к теме "интеллектуальное месторождение" и предоставивших материалы для данного номера.

"Интеллектуальная скважина"- термин ... широкого значения, есть различные уровни "интеллектуальности"

Тэд Бостик /вице-президент по оптико-волоконным системам, директор направления "Мониторинг пласта" компании Weatherford/

Александр Муравьев /директор направления "Оптимизация добычи и тестирования скважин" компании Weatherford в России/

[Тэд Бостик]: "Умная", или "интеллектуальная скважина", как правило, включает в себя систему подземных датчиков и регулирующих клапанов, которые позволяют принять меры для оптимизации добычи или закачки. Тем не менее можно назвать "интеллектуальной" скважину, на которой установлен только один из этих двух видов устройств - либо датчики, либо клапаны скважинного контроля. Другой пример - скважина с подземным клапаном-отсекателем, работающим только в двух режимах: ОТКРЫТ/ЗАКРЫТ. Альтернативный вариант - регулируемый дроссельный клапан с возможностью работы на штуцерах разного размера, предоставляющий больше возможностей для управления зональным притоком или закачкой. "Интеллектуальная скважина" - термин очень широкого значения, и есть различные уровни "интеллектуальности", которые могут быть реализованы. В отдельных случаях многозональная скважина может быть оснащена лишь одним подземным датчиком давления и температуры, но несколькими регулирующими клапанами. Та же скважина помимо датчиков давления/температуры может иметь также расходомеры в каждой зоне и распределенные датчики температуры по стволу скважины. Оба примера конструкции предоставляют разные возможности для мониторинга и понимания особенностей добычи/закачки по отдельным зонам.

[А. Муравьев]: Ведущие зарубежные нефтегазовые компании давно и успешно работают в направлении "интеллектуализации" скважин. Всесторонний контроль параметров в процессе разработки позволяет увеличить коэффициент извлечения нефти, повысить экономическую эффективность и безопасность производства. В последнее время в России все больше внимания уделяется интеллектуализации скважин. Приходит понимание преимуществ и экономической целесообразности оснащения скважин системами мониторинга. Это важно для оперативного контроля и своевременного принятия решений по ГТМ, контроля и поддержания пластового давления, интерпретации данных гидродинамики с целью выявления геологических особенностей пласта на значительном удалении от скважины и уточнения запасов. Системы постоянного мониторинга повышают безопасность и снижают себестоимость, поскольку снимают необходимость периодически останавливать скважину для выполнения ГДИС манометрами, спускаемыми на проволоке или кабеле.

[Тэд Бостик]: В перспективе предстоит работа по созданию нового поколения датчиков для работы при более высоких температурах и давлениях, усовершенствованию скважинных сейсмоакустических датчиков, а также разработке бескабельных систем. Совершенствование скважинных клапанов включает минимизацию гидравлических и электронных линий управления, срабатывание клапана по радиочастотному коду (RFID), генерацию электроэнергии в скважине для работы клапанов и датчиков.

“Интеллектуальная скважина” – это скважина, которая...способна самостоятельно подстраиваться под изменяющиеся условия...”

А.Н. Лопухов /инженер по разработке месторождений ОАО "Самотлонефтегаз"(г. Нижневартовск)/

Интеллектуальная скважина" - это скважина, которая работает самостоятельно исходя из режима, заданного гидродинамической или технологической моделью (наземной инфраструктурой), и способна самостоятельно подстраиваться под изменяющиеся условия системы (если это действующая эксплуатационная скважина). Зарубежные компании Shell, SPD, Chevron, российские компании - Роснефть, Татнефть, ТНК-BP добились определенных успехов в области разработки и внедрения технологий и оборудования, связанных с "интеллектуальными скважинами". Это в основном системы мониторинга и контроля за работой скважин, в некоторых случаях - удаленный механизм управления. В России работа ведется не настолько активно, так как интеллектуализация скважин приведет к сокращению специалистов рабочих специальностей и, как следствие, к безработице. Еще одним фактором является то, что основные месторождения пробурены давно и находятся на поздней стадии эксплуатации, т.е. оборудование устаревшее, а добыча углеводородов падающая. Соответственно, инвестиции, вложенные в данные проекты, будут иметь значительную величину и долгий срок окупаемости. За рубежом сложилась в целом аналогичная ситуация. Я считаю, что состояние нефтегазовой отрасли характеризуется недостаточной автоматизацией, применением морально устаревшего и изношенного оборудования, снижением нефтедобычи на эксплуатируемых месторождениях, все большей удаленностью осваиваемых месторождений, повышением доли тяжелой нефти с вредными примесями и т.д. В условиях повышения конкуренции со стороны зарубежных производителей модернизация нефтяного машиностроения и повышение эффективности нефтедобычи жизненно необходимы для обеспечения энергетической безопасности и стабильного экономического развития страны.

"Интеллектуальная скважина" - это комплекс оборудования, который работает в автоматическом режиме”

А.В. Ильин /заместитель главного конструктора ЗАО "Электон" (г. Радужный)/

Этот комплекс собирает информацию от приборов и датчиков, первично диагностирует, фильтрует от явно ошибочных данных. Затем передает данные на верхний уровень, где уже мощные программные комплексы под контролем высококвалифицированных специалистов их обрабатывают и выдают заключение. После получения заключения принимается решение (автоматически или специалистом) для продолжения работы в выбранном режиме или его коррекции, далее поступает команда на оборудование скважины для исполнения принятого решения. На мой взгляд, термин "интеллектуальная скважина" звучит слишком громко, технически более грамотным было бы назвать ее "высокоавтоматизированная" или "технологически контролируемая". Практически все крупные НК в настоящее время активно внедряют существующие и разрабатывают свои технологии. Хочу отметить, что немало частных, небольших компаний также активно занимаются данным направлением.

"Под "интеллектуальными скважинами" неверно понимаются технико-технические решения в области автоматизации и телемеханизации процессов нефтегазодобычи, так как они не соответствуют ... пяти принципам..”

В.В. Кульчицкий /исполнительный директор НТО нефтяников и газовиков им. акад. И.М. Губкина,профессор, д.т.н.,академик РАЕН, зам. заведующего кафедрой бурения нефтяных и газовых скважин РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина/

Идея о наделении искусственным интеллектом эксплуатационной скважины пришла ко мне в 1997 году, и основывалась она на аналогии колонны бурильных труб с колонной обсадных труб. Возможность создания электрического диполя установкой электрического разделителя в нижней части обсадной колонны и организации передачи забойной информации в процессе добычи нефти или газа по электромагнитному каналу связи стала очевидной. При проведении патентного поиска аналогов и работы над соответствующим разделом докторской диссертации я нашел в зарубежных источниках термины Smartwell -"умная скважина" и Intelligentwell - "интеллигентная скважина". Обратившись к академическим трудам в области систем управления искусственными объектами, обнаружил, что кибернетические устройства стали называть интеллектуальными, а в СПбГТУ функционирует кафедра "Интеллектуальные системы управления". Исходя из вышеизложенного с 2000 года в диссертационной работе, автореферате и последующих публикациях я стал использовать термин "интеллектуальная скважина" как информационный канал связи с забойной системой каротажа околоскважинного пространства и блоками датчиков в совокупности с вычислительной системой, связанной с базами данных и знаний, и забойным устройством управления, регулирующим поток жидкости в процессе эксплуатации. На удачность термин "интеллектуальный" прошел проверку временем: за два десятилетия он как носитель информационной революции стал корневым словом в названиях десятков кафедр ведущих вузов стран (МГУ,МФТИ, МИФИ, СПбГТУ и др.), проник в производственную сферу (интеллектуальные здания и сооружения, транспорт, машины и механизмы) и в наш быт (интеллектуальная квартира или дом). В отечественных технических журналах широко представлены техника и технологии одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ) нескольких пластов и одновременно-раздельной закачки (ОРЗ) жидкостей и газов в пласты, а также обеспечение этих процессов информационными технологиями. Под "интеллектуальными скважинами" (ИС) неверно понимаются технико-технические решения в области автоматизации и телемеханизации процессов нефтегазодобычи, так как они не соответствуют следующим пяти принципам: непосредственная связь ИС с внешним миром с использованием информационных каналов связи для извлечения знаний и организации целесообразного поведения; открытость ИС за счет наличия самонастройки, самоорганизации и самообучения; возможность прогнозирования ИС изменений внешней среды и собственного поведения; наличие у ИС структуры построения сложных интеллектуальных систем управления в случае, когда неточность знаний о модели объекта управления(скважина, околоскважинное пространство, продуктивный пласт) или о его поведении может быть скомпенсирована за счет повышения интеллектуальности ИС или соответствующих алгоритмов управления; сохранение автономного функционирования при разрыве связей или потере управляющих воздействий от вышестоящих уровней иерархии ИС. Наиболее близко к внедрению ИС приблизилась нефтяная компания "Салым Петролеум Девелопмент". Одна из инновационных технологий, применяемых на Салымском нефтепромысле для эффективной нефтедобычи, является технология "умных скважин". Она позволяет вести одновременно_раздельную эксплуатацию двух объектов разработки. При использовании этой технологии применяется автоматизированное внутрискважинное оборудование, обеспечивающее непрерывный сбор и передачу на поверхность данных о параметрах добычи или закачки жидкости в пласт в реальном времени. Технология "умных скважин" позволяет в режиме on-line вести раздельный учет добычи по отдельным пластам - объектам разработки, а также регулировать закачку воды по пластам в нагнетательных скважинах. К настоящему времени глубинные дебитомеры установлены на 10 скважинах нефтепромысла, в ближайшее время планируется устанавливать и глубинные регулирующие клапаны. "Интеллектуальная скважина" стоит на двадцать процентов дороже стандартной. Однако два месяца эксплуатации показали, что положительный экономический эффект в пересчете на год составляет 1,2 миллиона рублей. Процесс интеллектуализации скважин необратим так же, как и научно-технический прогресс. Интенсивность внедрения ИС будет определяться двумя параметрами: ценой барреля нефти и стоимостью интеллектуального оборудования. Третий параметр - необратимые процессы перехода всех месторождений в разряд трудноизвлекаемых запасов на марше. Огорчает общая боль российских ученых-нефтяников: техника и технологии интеллектуального заканчивания сква_ жин разрабатываются и поставляются из-за рубежа. Ни один из нефтегазовых гигантов не готов к финансированию проектов, которые могли бы обеспечить интеллектуальную безопасность России в этом направлении.

«Присутствие интеллекта… подразумевает возможность самостоятельной оптимизации множественных внутренних параметров системы…»

В.В. Лазуткин /генеральный директор ООО "Текстоун"/

Присутствие интеллекта в любой системе, будь она инженерная (скважина) или даже биологическая (человек), подразумевает возможность самостоятельной оптимизации множественных внутренних параметров работы системы по отношению к разнообразным изменяющимся воздействиям внешней среды. Наличие эффективной обратной связи позволяет системе "обучаться" и автономно работать с высоким КПД при наиболее экономичных условиях, задаваемых извне или самостоятельно. Термин "интеллектуальная скважина" считаю вполне удачным. Думаю, что его актуальность возросла буквально в последние 2-3 года. Современное развитие технологий позволяет реа лизовать уникальные инженерные решения, еще совсем недавно недоступные. Пока я вижу реальные успехи лишь у западных компаний. В России эта работа только начинается, и мы отстаем от западных коллег. Однако все можно наверстать. Исходя из мирового опыта и опыта наших американских партнеров можно сказать, что "интеллектуальные" системы начали активно применяться сравнительно недавно, и сейчас развитие в этой области идет быстрыми темпами. Недавно коллеги демонстрировали нам IPhone, посредством которого в Колорадо управлялись 80 скважин в режиме реального времени. С одной стороны, это впечатляет, с другой стороны побуждает активно работать в этом направлении в России. Получить доступ к подобным технологиям мы предлагаем оссийским нефтяным компаниям уже сейчас.

«Понятие "интеллектуальная скважина" включает в себя широкий комплекс концептуальных разработок в области нефтегазодобычи…»

А.С. Тотанов /главный специалист УДНГ ОАО "Самаранефтегаз"/

Д.С. Давыдов /ведущий технолог ОАО "Самаранефтегаз"/

Всловосочетании "интеллектуальная скважина" слово "интеллектуальная" является ключевым. Интеллект - это способность к решению неформализуемых задач, то есть тех, которые нельзя решить путем обычных математических функций. В то же время понятие "интеллектуальная скважина" включает в себя широкий комплекс концептуальных разработок в области нефтегазодобычи: оптико-волоконные системы распределенных датчиков давления, температуры и вибрации, исполнительные и измерительно-регистрирующие устройства как наземного, так и скважинного размещения, инновационные пакерно-якорные устройства, в том числе для технологий одновременно-раздельной эксплуатации скважин, современные интеллектуальные станции управления технологическими процессами добычи нефти и газа, а также ремонта скважин и повышения нефтегазоотдачи пластов. На данном этапе развития "интеллектуальных систем" в области нефтегазодобычи термин "интеллектуальная скважина" считаю удачным, однако в будущем правильнее будет говорить об "интеллектуальном месторождении", поскольку система развивается не только в направлении "пласт скважина - ГНО", она захватывает и смежные области, такие как подготовка, транспортировка нефти и т.п. В настоящее время на рынке существует множество производителей, которые добились определенных успехов в области адаптивного управления скважиной: "Электон", "Триол", "Интэс", "Орион", Danfoss, Weatherford и другие. Так, в 2010 году в ОАО "Самаранефтегаз" проведены успешные опытно-промысловые испытания адаптивной СУ "АСУДН" производства ЗАО "Электон". В ходе испытаний был получен ожидаемый эффект осуществлен вывод скважин на постоянный режим работы в осложненных условиях, а также получен прирост по дебиту нефти. Большинство месторождений в России сегодня находятся на поздней стадии разработки, которая характеризуется значительным увеличением воздействия осложняющих факторов, таких как перемещение основных объектов добычи в регионы со слаборазвитой инфраструктурой, увеличение глубины залегания пластов нефти и газа, наличие в пластовой жидкости коррозионно-активных и абразивных веществ, повышение давления, температуры, вязкости и газового фактора. Все это требует разработки совершенно новой эффективной системы мониторинга, анализа, диагностики и управления работой системы "продуктивный пласт - скважина - скважинное оборудование". Работу в этом направлении стимулирует создание совместных с зарубежными компаниями шельфовых и оффшорных проектов. Как известно, настоящее когда-нибудь станет прошлым, а будущее настоящим. Не так давно станции управления УЭЦН использовались лишь для подачи питающего напряжения на ПЭД, ни о каких защитах ЭПО и речи не было, однако теперь мы не можем себе представить современную станцию без основных защит от ЗП или ЗСП. Таким образом, необходимо сегодня работать более продуктивно, с полной отдачей, так как без настоящего нет будущего.