Автоматизацию проектирования буровых работ отечественные программисты начали осваивать еще задолго до появления MS Windows, в жесткой DOS-овской среде. Некогда популярный формат .dbf (Fox Pro), по свидетельствам очевидцев, до сих пор живет в отдельных УБР, и ПО на его основе исправно служит для решения таких задач, как проектирование профиля скважин, некоторых простейших расчетов безопасной проводки ствола скважины и т. п. Не идеал, но лучше, чем ничего. То, что ближе к идеалу, стоит значительно дороже, и, если компания не имеет особых амбиций в плане буровых технологий и объемов строительства скважин, то в дорогом ПО нет большого смысла, MS Excel с надстройками занимает некое среднее положение.

Однако пять-шесть лет назад на российском рынке программных продуктов в области проведения расчетов параметров бурения и заканчивания скважин начали появляться разработки западных сервисных компаний, прежде использовавшихся ими преимущественно для собственных нужд. Прежде всего, это программы, современные версии которых сегодня входят в состав комплексов Drilling Office (DO) "Шлюмберже" и TotalDrillingPerformance (TDP) "Лэндмарк Грэфикс".

Программный комплекс DO появился на пост-советском рынке пять лет назад. Первыми покупателями лицензий стали ПО "Беларуснефть" (Гомель, Речица) и одно из подразделений НК "ЛУКОЙЛ" (Когалым). Примерно тогда же СП "Северное Сияние" начало использовать отдельные модули TDP, благодаря участию западного партнера (Conoco). Первые лицензии "Лэндмарк" продал в "ТатНИПИнефть" в 1999 году.

Оба комплекса позволяют решать такие задачи, как создание геометрического плана скважины для определения геологических целей; моделирование сценариев расположения скважин, позволяющих избежать их пересечения; разработка компоновки бурильного инструмента; моделирование конструкции скважины; анализ поведения бурильной колонны, принимая в расчет механические свойства пород; расчет потерь давления, анализ процесса промывки; планирование и отслеживание хода буровых работ, выбор запланированных и актуальных данных для последующего анализа; моделирование выброса газа; проектирование цементирования; моделирование температурных режимов.

На данный момент обе компании предлагают решения для трехмерной визуализации данных, хранящихся в единых базах данных программных комплексов. Это достаточно удобные для проектировочных работ программно-аппаратные комплексы, в частности, позволяющие разобщенным группам специалистов работать над одним проектом, и мы постараемся подробнее обсудить возможности этих систем в одном из ближайших номеров журнала.

Превратности исторического пути

Исторически DO использовался исключительно инженерами "Шлюмберже" для собственных целей. Комплекс в виде отдельных модулей разрабатывался программистами GeoQuest совместно с инженерами Anadrill - бурового подразделения "Шлюмберже", Dowell - подразделения заканчивания и освоения скважин и IPM - проектировочного подразделения, именно для оптимизации собственных буровых работ. Как отдельные модули, так и пакет в целом используются специалистами Anadrill, Dowell, IPM и других подразделений компании уже по десять-пятнадцать лет. В "Лэндмарк" события разворачивались несколько иначе: большинство буровых пакетов приобреталось "Лэндмарк" на западном рынке как коммерческий продукт и, как правило, вместе с наиболее успешной фирмой-разработчиком.

"Лэндмарк" и "Шлюмберже" изначально избрали разные подходы к построению обсуждаемых комплексов. Компания "Шлюмберже" традиционно придерживалась метода полной интеграции данных всех своих основных приложений, включая геологию, сейсмику, проектирование и бурение скважин в единой среде GeoFrame. На первых этапах развития системы основной платформой был Unix, после чего был осуществлен переход на Oracle в среде Windows. Первые версии комплекса "Лэндмарк" разрабатывались под MS DOS, а следующим этапом стал переход на Windows с возможностью использования СУБД Microsoft и, как альтернативы, Oracle. При этом в подходе "Лэндмарк" традиционно сохраняется модульность. TDP сегодня использует единую базу данных для ключевых буровых приложений - CDDM (Common Drilling Data Model) - которая, сохраняя логическую модель данных основной базы данных приложений "Лэндмарк" - OpenWorks - и будучи полостью совместимой с последней, при необходимости может также устанавливаться и работать автономно.

Что это означает на практике? Большинство крупных проектных институтов сегодня используют весь спектр промыслового программного обеспечения, и с этой точки зрения наличие такой единой среды, как GeoFrame, в ряде случаев оказывается бесспорным преимуществом. В рамках OpenWorks, процесс общего использования данных несколько более сложен. С другой стороны, возможность ограничиться меньшими мощностями, работая без Oracle и исключительно с теми данными, которые нужны для бурения, позволяет комплексу от "Лэндмарк" занимать рыночные ниши меньшего масштаба наряду с крупномасштабными внедрениями.

Эта разница в подходах исторически обеспечивала каждой компании свои преимущества по сравнению с конкурирующим комплексом, но, в настоящее время, приходится отмечать явную тенденцию к конвергенции возможностей.

По словам Максима Фролова, главного специалиста по бурильным технологиям "Лэндмарк Грэфикс", некоторые заказчики сами предпочитают "коробочный", модульный тип продаж: "Сургутнефтегаз" приобрел у нас для своих производственных подразделений наиболее применимые модули нашего пакета - Compass и WellPlan для проектирования траекторий скважин, анализа инклинометрических замеров, анализа сближения стволов и т. п., то есть то, что может оперативно требоваться каждый день в УБРах, а также, конечно, для расчета технологических параметров скважин. Они пользуются стандартной "коробочной" технологией, а выведение отчетности у них осуществляется при помощи экспорта в формат MS-Excel или программного обеспечения третьих сторон".

В то же время, это достаточно нетипичная ситуация, и большинство крупных пользователей, все же, стремятся к возможно более полной интеграции. "В рамках комплекса Drilling Office пользователь может работать одновременно с данными бурения, геологической и петрофизической информацией, - говорит Елена Григоренко, инженер по поддержке программного обеспечения DO, "Шлюмберже". - В основе подобного подхода лежит единая проектная база данных GeoFrame, являющаяся ядром интегрированного комплекса программных приложений, позволяющая рабочей группе совместно планировать и контролировать реализацию каждой фазы процесса бурения". CDDM, как система интеграции бурильных приложения "Лэндмарк" была выпущена на рынок прошлой осенью и сегодня полностью доступна на российском рынке, так что в этом смысле у пользователей теперь есть выбор, учитывая описанные выше различия в подходах.

Национализация достояния

Максим Фролов рассказывает об одном из эпизодов российской истории ПК: "Мы разрабатывали программный комплекс - "АСУ-Бурение", - прототип которого в свое время разрабатывался силами местных программистов одной из российских буровых компаний в течение примерно пяти лет. Программа охватывала задачи проектирования скважин, планирования объемов бурения, сбора суточных данных с буровых и их анализ. Это была достаточно жизнеспособная система, аналогов которой не было, пожалуй, ни в одном УБР. Наша задача состояла в том, чтобы заменить ее с учетом сочетания новейшей западной технологии с требованиями российской специфики в области отчетности и прикладных инженерных задач по полному циклу строительства скважины, включая такие этапы, как вышкостроение, бурение, обустройство и освоение. Основная сложность состояла в адаптации системы к специфическим задачам российского бурового предприятия. Часть инженерных задач, задач проектирования скважин, задач подбора компоновок и т. п. решается довольно стандартными "коробочными" способами, имеющимися как в DO, так и в TDP. Но целый ряд прикладных задач, специфичных исключительно для российского бурового предприятия, никогда не реализовывался ни в одном западном комплексе. У нас ушел год на то, чтобы совместить западную технологию с производственным циклом российского бурового предприятия".

Из числа специфических задач ПО, как утверждают специалисты обеих компаний, прежде всего, следует назвать генерацию огромного числа отчетов. "Российская отчетность вообще уникальна, - говорит Фролов, - например, у нас есть такие отчеты, как "технико-экономические показатели", "балансы времени", "ковры бурения" и т. д.".

Что же касается русификации интерфейса программных продуктов в области проектирования процесса бурения и заканчивания скважин, то, по мнению "Шлюмберже", этот вопрос на сегодняшний день не представляет актуальности: рядовому пользователю гораздо проще ориентироваться в английской терминологии, чем разобраться с не всегда корректным переводом на русский язык.

Подобный подход к этому вопросу и у "Лэндмарк": "Англоязычный интерфейс инженерной части TDP не будет русифицироваться - его русификация в принципе не является критическим фактором для пользователя, что могут подтвердить специалисты "БашНИПИнефть", "ТатНИПИнефть", "СургутНИПИнефть", - отмечает Максим Фролов. - Пользователи имеют дело с весьма ограниченным количеством терминов, довольно быстро привыкают к интерфейсу. По сути дела, это три-четыре десятка специальных терминов. У нас ведется серьезное обучение - две-три недели (в среднем, по четыре дня на модуль) - и в ходе обучения мы даем русские аналоги. Другое дело - суточная отчетность, оперативная отчетность, регламентная отчетность. Здесь, конечно, требуется 100%-я русификация, потому что категория и уровень пользователей здесь совершенно иные. Это начальники смен ЦИТС УБР, супервайзеры, технологи. Здесь речь идет об оперативном сборе данных. У нас эта система называется DIMS(r), и она, безусловно, полностью русифицирована, и отчетность, которую она выдает, соответствует всем принятым формам и регламентам".

Задача русификации отчетов также решена и в DO "Шлюмберже".

Сложная структура рынка

Следует отметить, что "степень проникновения" программного обеспечения, о котором идет речь, существенно различается в отношении проектировочных и собственно буровых предприятий. Наибольшее распространение оба продукта получили к настоящему моменту в НИПИ и аналогичных структурах, причем зачастую параллельно используются оба комплекса. Так, начальник Геологического научного аналитического центра (ГеоНАЦ) компании "Сибнефть" в г. Ноябрьске, Андрей Владимирович Шегимаго, говорит: "Для целей проектирования скважин мы используем как Drilling Office "Шлюмберже", так и TotalDrillingPerformance от "Лэндмарк". Оба комплекса стыкуются между собой на базе Oracle, и мы не испытываем никаких трудностей при использовании общих промысловых данных. Чаще всего программы используются нашими специалистами на основе их собственных предпочтений, но мы сейчас активно проводим перекрестное обучение, чтобы каждый специалист умел в равной степени профессионально пользоваться обоими программными комплексами".

Рынок как НИПИ, так и производственных буровых предприятий в принципе, поделен между "Лэндмарк" и "Шлюмберже". "Самые активные наши пользователи, - говорит Максим Фролов, - это "ТатНИПИнефть", "БашНИПИнефть" и "СургутНИПИнефть", "Сургутнефтегаз", "Мегионнефтегаз", "Ваньеганнефть". От них наша служба поддержки получает больше всего звонков, и там выстроена полная цепочка, от проектирования профиля до расчета плановых показателей". "Шлюмберже", в свою очередь работает по контрактам с "ЮКОСом" ("ТомскНИПИнефть", "ЮганскНИПИнефть", "СамараНИПИ", Уфимский филиал "ЮганскНИПИнефть"), "СИДАНКО", ТНК (ТННЦ), "ЛУКОЙЛом" ("КогалымНИПИнефть"), "Сибнефтью" ("Ноябрьскнефтегаз"), "Промгазом" и "Беларуснефтью".

При этом, хотя "Шлюмберже" и "Лэндмарк" являются лидерами по технологиям в области разработки программного обеспечения проектирования и заканчивания скважин, это не единственные поставщики с заметной долей продаж. К числу остальных участников рынка относится, например Maurer Engineering - американская инжиниринговая компания, также реализующая проекты строительства скважин на контрактной основе. Программным комплексом Maurer Technologies пользуются, в частности, некоторые подразделения "Газпрома" и "ЛУКОЙЛ". Вместе с тем следует оговориться, что рынок достаточно текуч и ряд перечисленных выше структур в настоящее время меняет основной фонд программного обеспечения.

Описание проекта: Drilling Office(tm) на месторождении Натих PDO

Добывающая скважина ?138

Группа инженеров оманской нефтяной компании (PDO) при поддержке инженеров GeoQuest ("Шлюмберже") разработала производственный цикл для оптимизации процесса интерпретации промысловых данных и планирования скважин. Целью эксплуатационного бурения на месторождения Натих в Северном Омане были пласты трещиноватого известняка структуры Натих Мелового периода.

Месторождение разрабатывается преимущественно в гравитационным режиме: нефть фильтруется через пласт в трещины и собирается в оторочке. Эксплутационные скважины заканчиваются двухзабойным методом и располагаются вдоль крыла антиклинали Натих для отбора нефти из оторочки (см. рис. 1).

Два элемента рабочего процесса требовали оптимизации. Во-первых, требовалось минимизировать число итераций и общее время планирования скважин, при условии одновременного сопоставления проектируемой траектории ствола с геологической моделью. До оптимизации цикл планирования скважин занимал несколько дней и даже недель. Второй трудностью было наличие высоких моментальных нагрузок на бурильную колонну за счет трения, которыми обычно сопровождается проходка трещиноватых пластов известняка, вследствие полного поглощения бурового раствора. Поглощающие трещины не тампонируются, поскольку именно они являются продуктивными целями, и это вынуждает ограничиваться относительно короткими горизонтальными интервалами.

Планирование скважины началось с определения целей в программе GeoViz и было продолжено в Drilling Office. Нужно было решить следующие задачи: 1) выбрать цель и спланировать тра-екторию в пределах пласта Натих А; 2) откачать воду из нижнего ствола на глубине 750 м ниже уровня моря для понижения уровня нефтяной оторочки; 3) начать добычу флюида по верхнему стволу из имеющейся нефтяной оторочки на глубине 725 м ниже уровня моря (см. рис. 2).

Для успешной реализации проекта основное значение имел точный расчет положения окна относительно водонефтяного контакта и изоляция нижнего и верхнего стволов. Эту задачу удалось решить сочетанием цементирования и наружных трубных пакеров.

Ключевые особенности планирования скважины:

• Определение целей бурения на основе геологической модели в GeoViz.
• Использование Drilling Office для обработки целей бурения. Траектории строятся на основе стандартных профилей, пересекающих все цели, после чего проводится оптимизация.
• Междисциплинарное обсуждение проекта в GeoViz. Геолог и буровой инженер приходят к согласию относительно финального проекта траектории, соотнеся ее с геологической моделью, геометрией дренирования профиля и расстоянием до ближайших стволов.
• Инклинометрические данные поступают непосредственно в базу данных GeoFrame и могут быть использованы любой промысловой программой для расчета геологических прогнозов.
• Выбор стандартного профиля скважины двухзабойной структуры.
• Согласование финального проекта траектории перед передачей на буровую вышку.
• Использование актуальной исчерпывающей базы данных по месторождению для предотвращения пересечения стволов.

Результаты

Благодаря реализации намеченного производственного цикла, определение целей и расчет траектории скважины удалось осуществить за один час. Сложность проектирования двухзабойных скважин объясняет обыкновенную необходимость в нескольких итерациях. В прошлом цикл расчетов от определения целей до последнего варианта траектории скважины занимал несколько дней.

В целом, процесс планирования занял 10% отведенного времени и позволил снизить затраты. Скважина была пробурена через 4 недели после создания предложения и программы. Интервалы диаметром 81/2 и 61/8 дюйма были пробурены в запланированное время. Улучшенное планирование и более плавная траектория верхнего ствола позволили пробурить самый длинный на месторождении Натих необсаженный интервал диаметром 61/8 дюйма. Общая длина необсаженного ствола составила 1012 м. Первым показателем успеха послужил тот факт, что 92% интервала было пробурено при роторном режиме и только 8% в турбинном режиме. Потребовалось лишь несколько незначительных корректировок тенденции бурильной колонны.

ПО "Лэндмарк Грэфикс" на Сахалине. Одоптинское месторождение Drilling Office(tm) for PDO's Natih Field

Олег Зотов

Ведущий научный сотрудник АО "СахНИПИморнефть"

Одоптинское нефтегазоконденсатное месторождение расположено на шельфе Охотского моря, на широте северного окончания Пильтунского залива, в 4-10 км восточнее берега о. Сахалин. Поисково-разведочное бурение в районе месторождения проводилось с 1977 по 1982 год включительно.

Разведочные работы привели к обнаружению на Одоптинском нефтегазоконденсатном месторождении 20 залежей в 13 продуктивных пластах. Из 20 залежей на северном куполе расположены две нефтяные - в XXI1 и XIX1 пластах с общими извлекаемыми запасами нефти более 4 млн. т. Пласты залегают на глубине 1 400-1 500 м и разделены друг от друга 100-метровым глинистым разделом.

С учетом различий в продуктивности, проницаемости и начальных пластовых давлениях, было решено разрабатывать пласты самостоятельной сеткой скважин. При этом, XXI1 пласт был выбран основным объектом разработки.

В связи с небольшими запасами нефти разработка залежей с ледостойкой стационарной платформы оказалась бы экономически не оправдана. В связи с этим, строительство эксплуатационных скважин на ХХI1 пласт месторождения Одопту-море проектировалось с берега Пильтунской косы, где ранее проводились буровые разведочные работы. Благодаря этому, появилась возможность повторно использовать существовавшие на берегу рабочие площадки.

Наиболее приемлемым для данных условий был выбран 9-интервальный профиль (см. рис. 1). Его достоинства - возможность получить максимальное отклонение от вертикали, а также относительная простота реализации. Длина вертикального участка для всех скважин была опреде-лена в 200 м.

Основные трудности при проводке скважин на Северном куполе Одопту-море были связаны с необходимостью получения наиболее близкого к проектному плоского профиля. Второй вид трудностей был связан с преодолением сил трения, которые возрастают по мере роста угла наклона ствола.

В отечественной практике два приема из числа использованных для решения этих задач применялись впервые. Это уменьшение веса части колонн за счет заполнения их воздухом и вращение колонн при спуско-подъемных операциях. Оборудование для выполнения их было арендовано у иностранных фирм: в частности, телеметрическая система МWD - у фирмы SperrySun (Halliburton). При этом ряд расчетов был выполнен с помощью средств бурового программного комплекса "Бурение2000" фирмы "Лэндмарк" (Halliburton).

Перерасчет данных напряжений в бурильной колонне, нагрузки на долота в процессе бурения, работы компоновок низа бурильной колонны, потерь давлений в системе циркуляции бурового раствора, гидродинамических давлений в процессе циркуляции, нагрузок на обсадные колонны в процессе их спуска, установки и крепления, а также другие технологические задачи решались в модулях программы WELLPLAN TorqueDrag, BHA, Hydraulics и с помощью программы StressCheck.

Эксплуатационная колонна диаметром 168 мм спускалась хвостовиком с перекрытием башмака предыдущей колонны на 100 м по стволу (см. рис. 2). Все колонны спускались одной секцией. Все обсадные колонны, кроме кондуктора, оборудовались необходимыми наборами элементов технологической оснастки, повышающими качество разобщения пластов.

Промывка ствола скважины велась в различных режимах - от ламинарного при бурении до турбулентного с максимально возможной производительностью при очистке ствола от шлама. В связи с этим предусматривалось наличие насосной группы с гидравлической мощностью, способной создать производительность порядка 70 л/с (см. рис. 3).

Достигнутые значения отхода скважин от вертикали:

• ? 202 4781 м при 1574 м по вертикали
• ? 201/203 4996 м при 1572 м по вертикали
• ? 204 5229 м при 1499 м по вертикали
• ? 209 5335 м при 1496 м по вертикали

Настоящий метод позволил "Роснефть-Сахалинморнефтегазу" значительно снизить расходы по сравнению с традиционными методами обустройства морскими стационарными сооружениями.