Главная проблема, но и амбициозная задача, которая стояла перед «Роснефтью» в части развития науки — это добиться полной технологической независимости компании от зарубежного программного обеспечения (ПО). И компании удалось не только адекватно ответить на этот вызов, но и стать лидером отрасли в разработке компьютерных продуктов. Программы компании превосходят импортные аналоги по перечню и скорости предлагаемых решений, ими пользуются многие нефтяные компании страны.
И сейчас «Роснефть» — единственная компания в России, располагающая полной линейкой собственного ПО. Создано 16 программных комплексов по геологии, добыче и переработке. В числе разработок РН — как уже зарекомендовавшие себя программные продукты для обеспечения, например, гидроразрыва пласта, — так и новинки, только проходящие тестирования.
О больших и малых программах для будущего компании — во второй части мультимедийного проекта «ФедералПресс».
О больших и малых программах для будущего компании — во второй части мультимедийного проекта «ФедералПресс».
Приоритетным направлением стало импортозамещение программного обеспечения, связанного с разведкой и добычей углеводородов. К настоящему моменту собственные разработки «Роснефти» представляют собой несколько пакетов прикладного ПО: для геологического сопровождения бурения скважин (РН-ГОРИЗОНТ+), для решения задач управления разработкой месторождений (РН-КИН), для подбора погружного оборудования для скважин (RN-ROSPUMP), для 3D-моделирования процессов разработки всех типов месторождений (РН-КИМ) и многие другие. Одна из самых значимых разработок — программное обеспечение для моделирования гидроразрыва пласта — РН-ГРИД.
Гидроразрыв пласта — один из самых эффективных методов нефтеотдачи и интенсификации притока жидкости и газа к скважинам. Метод заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого компонента.
ГИДРОРАЗРЫВ ПО-НОВОМУ
Пропант (иногда также пишут проппант, с двумя «п» — и так, и так правильно) — похожая на песок смесь крепких керамических гранул диаметром от долей миллиметров до миллиметров
Суть гидроразрыва пласта в следующем. В скважину под большим давлением (до тысячи атмосфер!) закачивают специальную жидкость, похожую на желе (собственно, это и есть желе — при его производстве используют пищевой гелеобразователь).
Давление разрывает пласт, раздвигая слои породы. На той глубине, где обычно производится ГРП, породу проще раздвинуть в стороны, чем вверх, поэтому трещина получается почти плоская и вертикальная, при этом ширина ее составляет считанные миллиметры или сантиметры. Затем вместе с жидкостью начинает подаваться пропант.
Давление разрывает пласт, раздвигая слои породы. На той глубине, где обычно производится ГРП, породу проще раздвинуть в стороны, чем вверх, поэтому трещина получается почти плоская и вертикальная, при этом ширина ее составляет считанные миллиметры или сантиметры. Затем вместе с жидкостью начинает подаваться пропант.
Цель ГРП — закачать нужное количество пропанта в пласт (а, точнее, в коллектор — в ту часть пласта, где находится нефть) так, чтобы образовалась проницаемая область, соединенная со скважиной. Жидкость, конечно, утечет в пласт, а пропант останется там, куда успел дойти.
После проведения ГРП отдача скважины, как правило, резко возрастает. Метод позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти или газа традиционными способами уже невозможна или малорентабельна. Кроме того, в настоящее время метод применяется для разработки новых нефтяных пластов, извлечение нефти из которых традиционными способами нерентабельно. ГРП применяется для добычи сланцевого газа и газа уплотненных песчаников.
Чтобы еще увеличить площадь, с которой собирается одной скважиной нефть, скважины бурят горизонтально, и проводят ГРП несколько раз — в разных местах горизонтального ствола
Что в этом процессе может пойти не так?
Да все что угодно - не туда «уйдет трещина», пропант может распределиться по ней не так, как нам бы хотелось. Месторождение могло разрабатываться уже давно, и часть слоев породы уже «обводнилась», насытилась водой, а, возможно, и с самого начала на месторождении нижние слои были водонасыщены. Если вдруг трещина пройдет от скважины к водонасыщенным или газонасыщенным пластам и заполнится пропантом, то вместо нефти скважина будет добывать воду или газ.
Может возникнуть еще пара десятков форс-мажорных ситуаций. Как их предотвратить?
Необходимо создать симуляторы гидроразрыва пласта, то есть специальное программное обеспечение, которое позволит смоделировать любую ситуацию, которая произойдет во время реального ГРП.
Да все что угодно - не туда «уйдет трещина», пропант может распределиться по ней не так, как нам бы хотелось. Месторождение могло разрабатываться уже давно, и часть слоев породы уже «обводнилась», насытилась водой, а, возможно, и с самого начала на месторождении нижние слои были водонасыщены. Если вдруг трещина пройдет от скважины к водонасыщенным или газонасыщенным пластам и заполнится пропантом, то вместо нефти скважина будет добывать воду или газ.
Может возникнуть еще пара десятков форс-мажорных ситуаций. Как их предотвратить?
Необходимо создать симуляторы гидроразрыва пласта, то есть специальное программное обеспечение, которое позволит смоделировать любую ситуацию, которая произойдет во время реального ГРП.
Инфографика - Валерий Борисов
Много лет моду в этом виде ПО задавали иностранные компании. Но в 2017 году «Роснефть» в рамках реализации цифровой стратегии создала первый в Евразии промышленный симулятор ГРП «РН-ГРИД».
Он обеспечивает выполнение всех операций и инженерных расчетов, необходимых для проектирования ГРП. Это загрузка и визуализация исходных данных большого объема, создание геомеханической модели пласта, анализ диагностических закачек, расчет дизайна и анализ фактически проведенных операций ГРП с использованием обширной базы данных технологических жидкостей и пропантов для ГРП.
Математическая модель симулятора базируется на самой современной концепции Planar3D, которая позволяет наиболее точно описывать сложную геометрию трещины, возникающей в породе при проведении ГРП. Это выгодно отличает симулятор от западных коммерческих аналогов, большинство которых использует упрощенные подходы.
Математическая модель симулятора базируется на самой современной концепции Planar3D, которая позволяет наиболее точно описывать сложную геометрию трещины, возникающей в породе при проведении ГРП. Это выгодно отличает симулятор от западных коммерческих аналогов, большинство которых использует упрощенные подходы.
При построении модели Planar3D можно рассмотреть сложную геометрию трещины, которая возникает в породе при разрыве
Особым достижением научных сотрудников «Роснефти» является полученные при создании «РН-ГРИД» ноу-хау в области высокопроизводительных вычислений, позволившее сделать отечественную разработку одной из самых быстрых в мире. За последнее время разработчикам удалось ускорить работу симулятора: на малых моделях — в два раза, на больших — почти в пять раз. Теперь моделирование 100-тонного основного гидроразрыва пласта до полного закрытия трещины занимает всего 30 секунд.
Для развития инженерных кадров в области ГРП требуется не только наличие отечественного симулятора, но и умение применять его. Поэтому «Роснефть» проводит обучающие семинары по навыкам работы в «РН-ГРИД». В 2017—2019 годах специалисты ООО «РН-БашНИПИнефть» (входит в корпоративный научно-проектный комплекс компании) провели серию обучающих семинаров по проектированию ГРП в уже упомянутом симуляторе «РН-ГРИД». По итогу цикл мероприятий посетили более 220 специалистов из 46 нефтегазовых и сервисных компаний, а также вузов-партнеров.
В 2020 году компания выдала еще 115 коммерческих и более 40 тестовых лицензий на использование этого симулятора для расчетов по гидроразрыву пласта. Среди покупателей как сервисные компании, так и учебные заведения. Пользователями «РН-ГРИД» уже стали 18 нефтегазодобывающих и сервисных компаний, не считая дочерних обществ ПАО «НК «Роснефть».
В 2020 году компания выдала еще 115 коммерческих и более 40 тестовых лицензий на использование этого симулятора для расчетов по гидроразрыву пласта. Среди покупателей как сервисные компании, так и учебные заведения. Пользователями «РН-ГРИД» уже стали 18 нефтегазодобывающих и сервисных компаний, не считая дочерних обществ ПАО «НК «Роснефть».
«Роснефть» провела более 21 000 успешных операций ГРП с полным циклом сопровождения в симуляторе «РН-ГРИД»
Эта разработка обеспечила технологическую независимость компании в области обязательного для применения технологии ГРП компьютерного моделирования. С марта 2018 года внутренний сервис ПАО «НК «Роснефть» — ООО «РН-ГРП» — перешел на 100% использование «РН-ГРИД», а от западного аналога ПО компания полностью отказалась.
В 2018 году «Роснефть» начала коммерческую реализацию ПО «РН-ГРИД». Это позволило и всей отрасли перейти на отечественный продукт. «Роснефть» придала мощный импульс рынку и технологиям в области моделирования ГРП. Ряд ведущих нефтегазовых и нефтесервисных компаний России и стран ближнего зарубежья уже приобрели и используют в своей работе «РН-ГРИД».
В 2018 году «Роснефть» начала коммерческую реализацию ПО «РН-ГРИД». Это позволило и всей отрасли перейти на отечественный продукт. «Роснефть» придала мощный импульс рынку и технологиям в области моделирования ГРП. Ряд ведущих нефтегазовых и нефтесервисных компаний России и стран ближнего зарубежья уже приобрели и используют в своей работе «РН-ГРИД».
Обыватели привыкли считать, что скважины бурят. На самом же деле скважины строят. Скважины — это сложные капитальные сооружения, и во время их возведения необходимо учитывать массу параметров, значений, условий и пр., которые скажутся на дальнейшей работе скважины. Чтобы сделать процесс максимально предсказуемым, необходимо провести геомеханическое моделирование бурения — то есть последовательный процесс определения механических свойств горной породы и ее реакций на воздействия в процессе разработки месторождения. Благодаря геомеханическому моделированию можно получить оптимальную траекторию скважины, оптимальный диапазон плотности жидкости для промывки буровой, оптимальные глубины посадки обсадной колонны и так далее. Первое представление о напряженном состоянии дает одномерная геомеханическая модель 1D устойчивости ствола скважины.
КАК ОПИСАТЬ СКВАЖИНУ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРА
Для геомеханического моделирования при бурении специалисты научно-проектного института «РН-БашНИПИнефть» разработали промышленную версию программного комплекса «РН-СИГМА».
«РН-СИГМА» выполняет полный цикл работ по сбору, анализу и предварительной обработке данных, построению 1D геомеханических моделей скважин. На основании моделирования определяется безопасный диапазон плотности бурового раствора, выполняется прогноз осложнений при бурении, оптимизация траектории и конструкции скважины, формируются входные данные для последующего моделирования гидроразрыва пласта. «РН-СИГМА» учитывает и ряд актуальных нестандартных возможностей, например, температуру.
Геомеханическое сопровождение строительства скважин позволяет определить оптимальные конструкции и режимы бурения
Расчет прочностных свойств позволяет определить критические нагрузки, превышение которых приводит к разрушению материала
В 2020 году «РН-БашНИПИнефть» усовершенствовал «РН-СИГМА». Теперь фактические данные о скважине можно получать с буровой вышки прямо во время бурения. Это значительно облегчает оперативное принятие решений.
Созданный программный комплекс позволяет инженерам компании расширить применение геомеханических методов расчета устойчивости ствола скважины и снизить риски осложнений при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Проведенные при разработке сравнения показали, что результаты расчетов в «РН-СИГМА» полностью совпадают с лучшими мировыми аналогами, а по скорости освоения «РН-СИГМА» превосходит их. «РН-СИГМА» используется специалистами в области геомеханики из более чем 10 дочерних обществ ПАО «НК «Роснефть» (100+ лицензий).
Созданный программный комплекс позволяет инженерам компании расширить применение геомеханических методов расчета устойчивости ствола скважины и снизить риски осложнений при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Проведенные при разработке сравнения показали, что результаты расчетов в «РН-СИГМА» полностью совпадают с лучшими мировыми аналогами, а по скорости освоения «РН-СИГМА» превосходит их. «РН-СИГМА» используется специалистами в области геомеханики из более чем 10 дочерних обществ ПАО «НК «Роснефть» (100+ лицензий).
Мы привыкли, что обычно скважины - вертикальные. Но для интенсификации добычи часто бурятся дополнительные скважины, как правило, под углом к вертикальной продуктивной зоне. Их называют горизонтальными.
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ СКВАЖИН
Для геологического сопровождения бурения горизонтальных скважин и боковых стволов «Роснефть» разработала программное обеспечение «РН-Горизонт+».
В одном проекте можно сопровождать сразу несколько скважин и хранить множество настроек пласта, геологических корреляций и отчетов
Это полный набор инструментов для управления траекторией скважины во время бурения для оптимального размещения в целевой зоне. Программный комплекс позволяет оперативно загружать информацию по скважинам, строить модель геонавигации, обновлять ее в режиме реального времени на основе данных фактического бурения, идентифицировать структурные углы залегания пласта, прогнозировать направление дальнейшего бурения, формировать и рассылать сводки и отчеты в автоматизированном режиме.
В «РН-Горизонт+» можно получать данные фактического бурения в режиме реального времени по протоколу WITSML с одного или одновременно с нескольких серверов. Это мощный интерактивный инструмент для отображения каротажных данных, геологических маркеров с возможностью осуществлять геологическую корреляцию.
В «РН-Горизонт+» можно получать данные фактического бурения в режиме реального времени по протоколу WITSML с одного или одновременно с нескольких серверов. Это мощный интерактивный инструмент для отображения каротажных данных, геологических маркеров с возможностью осуществлять геологическую корреляцию.
ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ ПЛАСТА – ТЕПЕРЬ БЫСТРЕЕ
Уникальная разработка «Роснефти», которая позволяет получить оперативный доступ к геологической и технологической информации по скважинам/залежам, а также проанализировать эти данные, называется «РН-КИН».
Единая база геолого-технических мероприятий позволяет выполнить экспресс-анализ, доступный и удобный для всех специалистов
Этот комплекс позволяет оперативно проводить инженерные расчеты для оптимизации работы пласта и повышения нефтеотдачи. Ежегодно в «РН-КИН» подготавливается и обновляется более 1000 полномасштабных и секторных моделей для решения производственных задач широкого профиля, это около 80% от всех гидродинамических моделей компании.
В 2020 году в «РН-КИН» внедрили голосового помощника. В основе работы модуля лежит функция распознавания голоса с помощью акустических и языковых моделей на базе языкового словаря. Точность распознавания слов превосходит 95%. После распознавания модуль с помощью методов машинного обучения выделяет смысловые объекты и проверяет их качество. Это позволяет выполнять команды быстрее и точнее. В конце генератор речи оповещает пользователя об исполнении заданной команды. Использование голосового модуля значительно сокращает время на поиск информации, увеличивает производительность труда.
В апреле 2021 года ученые для мониторинга, анализа и проектирования разработки месторождений создали и внедрили в интегрированную цифровую среду «РН-КИН» модуль для создания прокси-моделей газовых залежей. Прокси-модель — это математическая модель месторождения, которая позволяет регистрировать отклики показателей работы скважин, тенденции в работе месторождения и решать задачи оптимизации технологического процесса добычи нефти.
В апреле 2021 года ученые для мониторинга, анализа и проектирования разработки месторождений создали и внедрили в интегрированную цифровую среду «РН-КИН» модуль для создания прокси-моделей газовых залежей. Прокси-модель — это математическая модель месторождения, которая позволяет регистрировать отклики показателей работы скважин, тенденции в работе месторождения и решать задачи оптимизации технологического процесса добычи нефти.
Программа позволяет построить прокси-модель пласта с возможностью контроля энергетического состояния, оценки скин-фактора и прогноза технологических показателей
Новый модуль значительно снижает время для вычислений, необходимых для проектирования освоения газовых залежей. В частности, проведение одного расчета занимает 5 минут вместо традиционных 15, создание гидродинамической модели залежи — одни сутки вместо двух недель.
Новый модуль проводит комплексный анализ геолого-физических параметров газовой залежи при ее разработке и особенностей наземной инфраструктуры. Автоматические инструменты
формируют оптимальный технологический режим работы скважин, увеличивая тем самым текущий уровень добычи.
Новый модуль проводит комплексный анализ геолого-физических параметров газовой залежи при ее разработке и особенностей наземной инфраструктуры. Автоматические инструменты
формируют оптимальный технологический режим работы скважин, увеличивая тем самым текущий уровень добычи.
РН-КИМ: ЦИФРОВОЙ ДВОЙНИК МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Корпоративный гидродинамический симулятор «РН-КИМ» используется в Компании во всех институтах и в нефтегазодобывающих предприятиях еще с 2014 года.
Симулятор необходим для создания и анализа трехмерных цифровых моделей месторождений. Модели позже используют для подсчета извлекаемых запасов и прогнозирования добычи углеводородов, они учитывают геолого-промысловую информацию о месторождении, воспроизводят работу скважин и представляют собой цифровой двойник месторождения для анализа «что если».
Ежегодно в «РН-КИМ» подготавливается и обновляется более 1000 полномасштабных и секторных моделей для разработки гигантских цифровых месторождений.
Гидродинамическое моделирование характеризуется усложнением и ростом размерности моделей, во всем мире используют многовариантные параллельные расчеты на суперкомпьютерах. Для сопровождения разработки больших и гигантских месторождений «РН-КИМ» предлагает передовые вычислительные технологии и инструменты ежедневного использования.
Гидродинамическое моделирование характеризуется усложнением и ростом размерности моделей, во всем мире используют многовариантные параллельные расчеты на суперкомпьютерах. Для сопровождения разработки больших и гигантских месторождений «РН-КИМ» предлагает передовые вычислительные технологии и инструменты ежедневного использования.
Для расчета крупных моделей, симулятор автоматически разделяет сетку на узлы кластера, обеспечивая обмен данными по границам и снимая ограничения по оперативной памяти
КОМПЬЮТЕР ДЛЯ НАСОСОВ
Добыча нефти невозможна без насосов, и для расчетов оптимального технологического режима скважин, оборудованных установками погружных электроцентробежных насосов (УЭЦН) и установками скважинных штанговых насосов (УСШН) компания разработала программное средство RosPump. Это ПО, по сути, подбирает насосное оборудование для определенной скважины.
RosPump имеет достаточно обширную базу данных погружного оборудования и, в отличие от многих других подобных программ, предоставляет пользователю возможность добавлять в базу новое оборудование и изменять существующее.
Оценка проведена по 50-ти параметрам по 5-ти бальной шкале с учетом весовых значений параметров
Для организации действий пользователя RosPump использует концепцию «Мастер». То есть, чтобы подобрать оборудования необходимо пройти определенное количество шагов. Каждый шаг в RosPump представлен собственным экраном. Если пользователь не введет данных или не произведет расчетов на ключевых экранах, то RosPump не позволит ему работать дальше.
RosPump, где это возможно, мгновенно пересчитывает экран после ввода значения на этом экране. Поэтому, почти всегда то, что выводит RosPump, будет соответствовать тому, что введено пользователем.
RosPump, где это возможно, мгновенно пересчитывает экран после ввода значения на этом экране. Поэтому, почти всегда то, что выводит RosPump, будет соответствовать тому, что введено пользователем.
Скважину необходимо не только правильно построить, но и обслуживать, чтобы она дала как можно больше нефти или газа. Огромная роль в этом процессе принадлежит гибким насосно-компрессорным трубам (ГНКТ). С помощью ГНКТ в нефтяных и газовых скважинах выполняются разнообразные технологические операции: промывка ствола и нормализация забоя, вызов притока и освоение скважины, фрезерование сужений для восстановления проходного сечения, ловильные работы, установка и разбуривание цементных мостов и пакер-пробок, кислотные обработки, геофизические исследования, гидропескоструйная перфорация и другое.
ВЕКТОР ДЛЯ ТРУБ
Чтобы анализировать эти операции и моделировать разные ситуации, в Роснефти создали симулятор гибких насосно-компрессорных труб (симулятор ГНКТ) — «РН-ВЕКТОР».
Это промышленное программное обеспечение для математического моделирования и анализа технологических операций с применением ГНКТ. Симулятор ГНКТ применяется в нефтегазовой отрасли в процессах планирования, контроля и анализа применения этой технологии.
В планы разработки симулятора «РН-ВЕКТОР» входят: нестационарный расчет гидравлики, учет влияния температурных эффектов на ГНКТ, учет притока из пласта или поглощения жидкости пластом, расчет гидравлических характеристик для навесного оборудования, расчет оптимального режима промывки ствола.
В планы разработки симулятора «РН-ВЕКТОР» входят: нестационарный расчет гидравлики, учет влияния температурных эффектов на ГНКТ, учет притока из пласта или поглощения жидкости пластом, расчет гидравлических характеристик для навесного оборудования, расчет оптимального режима промывки ствола.
КАК ПОСТРОИТЬ ВИРТУАЛЬНОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ
Для изучения реально существующих объектов или геологических систем добывающие компании уже много лет применяют геологическое моделирование месторождений. Для этих целей специалисты РН-БашНИПИнефть разработали прототип программного комплекса «РН-ГЕОСИМ».
Программа автоматически анализирует операции, которые выполняет геолог, и впоследствии будет помогает ему работать точнее и быстрее
Он в автоматизированном режиме осуществляет построение геологических моделей месторождений, используя технологии искусственного интеллекта. Симулятор решает задачи интерактивной визуализации, корреляции разрезов скважин, структурного моделирования с учетом тектонических нарушений, подсчета запасов месторождений и построения отчетной графики.
Отличием «РН-ГЕОСИМ» от зарубежных аналогов является способность симулятора в автоматизированном режиме перестраивать геологическую модель месторождения по мере появления новых данных.
Прототип «РН-ГЕОСИМ» был выпущен три года назад и за это время был существенно доработан. Первая версия «РН-ГЕОСИМ» позволяет смоделировать не менее 80% месторождений Роснефти. В перспективе, с развитием комплекса, процессы моделирования в компании планируется полностью перевести на «РН-ГЕОСИМ».
Прототип «РН-ГЕОСИМ» был выпущен три года назад и за это время был существенно доработан. Первая версия «РН-ГЕОСИМ» позволяет смоделировать не менее 80% месторождений Роснефти. В перспективе, с развитием комплекса, процессы моделирования в компании планируется полностью перевести на «РН-ГЕОСИМ».
РН-ПЕТРОЛОГ
В 2019 году специалисты научно-проектных институтов «РН-БашНИПИнефть» и ООО «ТННЦ» создали прототип корпоративного программного комплекса для обработки и интерпретации данных геофизических исследований скважин — «РН-ПЕТРОЛОГ».
В концепцию развития «РН-ПЕТРОЛОГ» заложены алгоритмы, соответствующие актуальным трендам цифровой петрофизики (петрофизика изучает, в том числе, интерпретацию данных геофизических исследований скважин и сейсморазведки) и интеллектуального анализа данных (большие данные, машинное обучение).
Разрабатываемый петрофизический программный комплекс ориентирован на масштабное применение современных сервисных функций и технологий обработки ГИС, включая отечественные высокотехнологичные методы. Глубокая автоматизация рутинных процедур (гармонизация, нормировка, увязка каротажных данных), программируемые интеллектуальные модели принятия решений (цифровые помощники для специалиста-интерпретатора), современные алгоритмы обработки данных — все это позволит повысить эффективность петрофизического сопровождения геологоразведки и разработки нефтегазовых месторождений. Внедрение промышленной версии «РН-ПЕТРОЛОГ» запланировано на 2022 год.
В планах развития «РН-ПЕТРОЛОГ» — использование технологий big data и нейронных сетей
СЛЕДУЮЩИЙ РАЗДЕЛ ПРОЕКТА:
© 2021 «ФедералПресс»
Сейчас в части Upstream компания располагает собственной корпоративной линейкой специализированных программных комплексов, которая охватывает весь бизнес-процесс. На текущий момент в России такого единого программного комплекса нет ни у одной компании. В планах «Роснефти» на ближайшее время — еще большая коммерциализация своих разработок.
Курс на коммерциализацию ПО, разработанного внутри «Роснефти», был взят в 2016 году. В настоящее время в корпоративный научно-проектный комплекс компании входит 31 институт, а объем работ, которые эти институты выполняют для внешних заказчиков, достиг 5%. «Роснефть» коммерциализует свое ПО не только для создания дополнительной выручки, но и для того, чтобы «чувствовать рынок», создавать продукты, способные конкурировать с ведущими мировыми аналогами.