Интеллектуальный центр удаленного мониторинга бурения: новый подход с использованием цифровых двойников

Компания Дриллматик представляет комплексный подход к поддержке строительства скважин на всех этапах с использованием единой цифровой платформы включая проектирование скважин, сопровождение строительства в реальном времени и анализ производительности работ. Результаты анализа используются для планирования последующих буровых операций, тем самым замыкая цикл непрерывного улучшения.

Компания Дриллматик представляет комплексный подход к поддержке строительства скважин на всех этапах с использованием единой цифровой платформы включая проектирование скважин, сопровождение строительства в реальном времени и анализ производительности работ. Результаты анализа используются для планирования последующих буровых операций, тем самым замыкая цикл непрерывного улучшения.

Рисунок 1. Функциональная схема подхода поддержки строительства скважин полного цикла.

Пример автоматически формируемой дорожной карты показан на рисунке 2. Показаны сообщения обратной связи, вызванные преднамеренным ручным вводом неверных режимных параметров бурения (7 л/с расход БР и 22 т ННД – выделено оранжевым).

Рисунок 2. Автоматически формируемая дорожная карта бурения.

Модуль сопровождения строительства скважин в реальном времени (Рис. 1) включает в себя сбор данных бурения и физико-математические расчеты в реальном времени – цифровой двойник, которые используются в прикладных инструментах ЦУБ. Эти инструменты обеспечивают необходимые расчеты и аналитику в процессе бурения. Основное преимущество использования этих инструментов заключается в оснащении инженеров ЦУБ всесторонней аналитикой, критически важной для обоснованного принятия решений и эффективного управления операциями в реальном времени.

Прикладные инструменты ЦУБ:

1. Цифровой двойник – физико-математическая модель в реальном времени. Позволяет оценивать расчетные показатели механики, гидравлики с текущими входными данными (глубина долота, раствор, замеры, коэффициент сопротивлений и др.).
2. Интеллектуальная система уведомлений. Интеллектуальная система сигнализации работает с динамически определяемыми пороговыми значениями, основанными на расчетах Цифрового двойника, а также со статическими пороговыми значениями, задаваемыми вручную. При возникновении отклонений система подает сигнал и регистрирует события в базе данных. Система сигнализации может быть настроена на любые эксплуатационные параметры, которые подразделяются на операционные, целостность ствола скважины, целостностью рабочей колонны и наземного оборудования.
3. Оценка дисфункций бурения. Модуль в режиме реального времени оценивает следующие риски: очистка ствола скважины, разрушение бурильной колонны, приток из скважины, потеря бурового раствора, промыв бурильной колонны, спиральный баклинг.
4. Контроль качества входных данных.

— Определение недостоверных данных датчика (отсутствие значения/сигнала, высокие/низкие/статические значения)

— Проверка данных по альтернативным источникам данных, возможность выбора достоверного источника данных в автоматическом режиме

— Оценка отклонений показаний датчика от расчетных значений модели в реальном времени (цифровой двойника)

5. Оценка рисков пересечений в реальном времени, автоматический расчет слайда.
6. Автоматические веерные графики. Расчет веерных графиков с циркуляцией и без циркуляции, автоматическое добавление данных с датчиков веса, момента, давления на основе автоматически определяемых операций.
7. Автоматический журнал бурения. Этот инструмент объединяет данные о режимах бурения, разделяя роторное бурение и слайд. Система автоматически создает таблицу, отображающую пробуренные интервалы и включающую средние показатели бурения, такие как обороты, скорость вращения, литраж, давление, крутящий момент, нагрузка на крюке, коэффициенты сопротивлений (вверх, вниз, вращение), а также замеры (MD, TVD, угол, азимут и DLS).
8. Виртуальные скважинные датчики.
9. Расчеты удельной механической энергии (MSE) в реальном времени.
10. Расчёт удельной механической энергии на долоте (MSE downhole) производится с использованием виртуальных скважинных датчиков нагрузки и момента на долоте. Колебания MSE позволяют делать выводы об изменениях условий бурения и адаптироваться к ним. Высокие значениях MSE – риски преждевременного износа долота, неоптимальные режимы бурения. Низкие значения MSE — повышенные риски обвала стенок скважины, где требуется дополнительные проработки.
11. Внедрение безопасных пределов по MSE в систему Интеллектуальную систему уведомлений обеспечивает автоматический контроль и своевременное реагирование на изменения.

и др.

Этот инструментарий может быть настроен в соответствии с потребностями каждого клиента и не ограничивается перечисленными выше компонентами.

Важным элементом этого блока является Автоматическая операционная дорожная карта в реальном времени, которая используется для управления автобурильщиком, Дорожная карта учитывает текущее состояние ствола скважины и автоматически определяет эффективные и безопасные операционные режимы, а также обладает возможностью ручного внесения данных в соответсвии с заданным уровнем доступа.

Блок Анализ производительности работы (Рис. 1) обрабатывает данные, собранные при бурении, в том числе по результатам работы Интеллектуальной системы уведомлений и оценке дисфункций бурения и других прикладных инструментов ЦУБ. Генерируются следующие результаты:

1. Статистика нарушений/дисфункций бурения по глубине
2. Мастерлог (параметры бурения по глубине)
3. KPI (ключевые показатели эффективности)
4. ГГД план/факт
5. Статистика НПВ и автоматически определяемые ННВ (нарушения норм времени)

Результаты анализа используются на этапе планирования бурения последующих скважин, в том числе для мультискважинного анализа.

Применение цифровой платформы с описанным подходом у одного из заказчиков в странах Восточной Европы с 2021 года демонстрирует стабильное повышение эффективности бурения. Экономический эффект от её использования составляет в среднем 300 тысяч евро в год на каждую буровую установку. Следует отметить, что до второй половины 2024 года расчеты не учитывали потенциальные выгоды от внедрения системы автоматического бурения, которые могут значительно увеличить преимущества данной цифровой архитектуры.

Предложенный подход позволяет эффективно управлять строительством нескольких скважин одновременно и поддерживать масштабируемость архитектуры, обеспечивая бесперебойное расширение и возможность увеличения числа буровых установок без ущерба для производительности и безопасности.

Дриллматик орагнизует комплексный подход к управлению циклом строительства скважин. Объединение этапов проектирование скважины, поддержка в реальном времени и анализ производительности работ в единой цифровой платформе и их глубокую интеграцию повышает эффективность буровых операций и сокращает непроизводительного времени. Использование EDGE устройств на объектах бурения позволяет создать автономную систему сбора и анализа данных для принятия решений в реальном времени.

Использование инструментов, таких как цифровой двойник в реальном времени, интеллектуальная система уведомлений и автоматическая дорожная карта в реальном времени значительно улучшает процессы принятия решений в центрах управления бурением (ЦУБ). Управление системами автоматического бурения позволяет точно соблюдать определенные в реальном времени режимы бурения способствуя оптимальной эффективности и безопасности бурения.

Также описанный подход задает курс на будущие усовершенствования, включая анализ в реальном времени, а также исторических данных с применением систем искусственного интеллекта.

*Данный материал представляет собой русский перевод нашей статьи SPE-221924