Развитие технологий системно-структурированного проектирования разработки месторождений углеводородов

Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений представляет собой комплексный процесс, объединяющий этапы предпроектных исследований, проектирования системы разработки, реализации проектных решений, контроля технологических показателей и дальнейшего совершенствования проектных решений с учетом уточнения геологической информации, появления новых технологий, изменения сценарных условий. Все эти этапы характеризуются дефицитом и ограниченной достоверностью исходной информации. При этом, как правило, наиболее ответственные решения принимаются в начале разработки, а наиболее полная информация появляется только к концу разработки.

Для решения проблемы координации и синхронизации данных, получаемых на различных этапах разработки месторождений, в 1990;ых годах многие нефтяные компании осуществили переход от процессного к проектному принципу работы в попытке достичь лучшего понимания и взаимодействия между группами специалистов при выполнении всех этапов проектирования. Однако в большинстве случаев подходы и инструменты оптимизации разработки месторождений были не до конца интегрированы, то есть специалисты продолжали использовать свои инструменты для решения определенной части общей проблемы [1, 2, 3].

Одновременно с внедрением проектного принципа работы росло количество инструментов, способных одновременно описать все дисциплины и изменение параметров систем со временем. В зарубежной литературе подходы с использованием подобного инструментария связаны с построением единых самосогласованных моделей пласта и поверхности и называются Integrated Asset Modeling (IAM) или Integrated Production Modeling (IPM), т. е. интегрированная модель актива.

Интерес к работам, связанным с объединением всех частей системы разработки в единое целое, обусловлен следующими факторами:

• очевидным сокращением разведанных запасов «легкой нефти» и вовлечением в разработку все более сложных объектов, требующих более детального анализа и выработки гибких проектных решений;

• разработкой шельфовых и арктических месторождений с платформ;

• разработкой месторождений со слаборазвитой инфраструктурой;

• разработкой месторождений с большой глубиной залегания продуктивных пластов;

• желанием своевременно вовлечь в разработку все большее количество объектов и необходимостью проведения быстрых инженерных расчетов.

Таким образом, общей тенденцией в последние два десятилетия является пересмотр подходов к проектированию с целью повышения эффективности самого процесса и вырабатываемых проектных решений [4, 5]. Назрела необходимость пересмотра и соответствующих регламентных документов. Так, отмечается [6], что существующий регламент не нацеливает на поиск рационального варианта разработки нефтяного месторождения, т.к. «жестко требует использовать физически содержательные детерминированные математические модели пластов».

В настоящее время становится все более очевидным, что как при моделировании, так и при проектировании разработки месторождения в целом, основные усилия должны быть сосредоточены на решении концептуальных задач, оптимальном планировании, эффективном контроле, а не переборе вариантов. Проектирование разработки должно составлять согласованную последовательность действий, структурированную в рамках имеющихся представлений о системе (месторождении, регионе) в целом. При таком системно-структурированном подходе для создания качественного проекта и воплощения его в жизнь необходимы:

• Выделение главных факторов, использование моделей, адекватных качеству и объему данных.

• Самосогласованность описания пласта, скважин, поверхностного обустройства, технологических решений.

• Оптимизация процессов проектирования и инженерного сопровождения проектов.

Создание технологий системно-структурированного проектирования разработки месторождений с учетом перечисленных положений и составляет содержание данной диссертационной работы.

Целью работы являлось развитие эффективных технологий системно-структурированного проектирования разработки месторождений нефти и газа. Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

• Разработка схемы эффективного проектирования;

• Создание и апробация способов получения информации о подземном резервуаре из данных нормальной эксплуатации скважин;

• Разработка методов комплексного анализа аналогов;

• Разработка алгоритмов инженерных расчетов на концептуальном уровне с апробацией алгоритмов на реальных задачах;

• Разработка способа контроля над эффективностью проведения геолого-технических мероприятий на месторождении;

• Реализация полного цикла интегрированного проектирования на месторождениях ОАО «НК «Роснефть»;

Проведенная работа позволила развить потенциал комплексного подхода к проектированию разработки месторождений полезных ископаемых, в т. ч. со слаборазвитой инфраструктурой. Предложенные подходы к комплексированию данных и инженерных расчетов на этапе концептуального проектирования планируются к использованию при разработке корпоративного программного обеспечения (ПО). Интегральный способ анализа эффективности результатов проведения геолого-технических мероприятий (ГТМ) используется на ежемесячных защитах ГТМ в НК «Роснефть». Результаты проведенных исследований вошли в корпоративный стандарт «Подготовка, экспертиза и защита интегрированных проектов», методические указания «Подготовка интегрированных проектов разработки месторождений» и ряд других документов компании.

Диссертация состоит из литературного обзора, четырех глав и заключения.

В первой главе рассматривается представление о системно-структурированном подходе к проектированию, являющееся основой данной работы.

Во второй главе рассмотрены проблемы создания базы данных проекта. Предложены подходы к комплексированию и восполнению информации о пласте.

В третьей главе предложено несколько методов инженерных расчетов на этапе концептуального проектирования.

В четвертой главе описана предлагаемая схема интегрированного проектирования и рассмотрены практические примеры выполнения интегрированных проектов новых и разрабатываемых месторождений.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Научные основы технологии создания интегрированного проекта.

2. Методы комплексирования базы данных проекта: количественный подход к анализу месторождений-аналогов, восстановление концевой точки кривых относительных фазовых проницаемостей по воде.

3. Методы инженерных расчетов на этапе концептуального проектирования: расширение метода материального баланса на случай трещиноватых коллекторов, выбор оптимального диаметра труб нефтесборных сетей.

4. Методики построения модели для предварительного ТЭО вариантов разработки: оценка нормативов капитальных затрат и их зависимости от цен на основные материалы, оценка минимального рентабельного дебита нефти.

5. Способ интегрального анализа эффективности проведения геолого-технических мероприятий.

Основные результаты диссертации представлены в 13 публикациях, включенных в прилагаемый перечень. Содержание диссертации докладывалось на научно-практической конференции «Математическое моделирование и компьютерные технологии в разработке месторождений», (Россия, Уфа, 1−4 апреля 2008 г.), 6-ом Российском Нефтегазовом Конгрессе / RPGC 2008 (Россия, Москва, 24−26 июня 2008г), российской технической нефтегазовой конференции и выставке SPE 2008, (Россия, Москва, 28 — 30 октября 2008г), на научно-практической конференции «Методы интенсификации добычи углеводородного сырья. Опыт и перспективы» (Россия, Москва, 27−28 ноября 2008 г.),), на II Международном научном симпозиуме «Теория и практика применения методов увеличения нефтеотдачи пластов» (Россия, Москва, 15−16 сентября 2009г), на международных конференциях «Global Petroleum Show» (Канада, Калгари, 6−10 июня 2008г), ежегодной конференции EAGE (Италия, Рим, 9−12 июня 2008) и на научно-технических советах ОАО «НК «Роснефть».

Результаты проведенных исследований вошли в стандарт ОАО «НК «Роснефть» «Подготовка, экспертиза и защита интегрированных проектов» и ряд методических указаний Компании, в том числе «Подготовка интегрированных проектов разработки месторождений» [7]. Предлагаемые подходы к проектированию были высоко оценены при прохождении экспертиз в Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых и Центральной комиссии по разработке месторождений углеводородного сырья.

Заключение

.

Главный результат работы заключается в разработке научно обоснованных подходов к проектированию разработки и контроля эффективности выполнения проектных решений. Предложенные методы являются либо новыми, либо оригинальной адаптацией существующих подходов. Применение подхода позволило:

• Существенно сократить сроки выполнения проектов.

• Повысить эффективность проектных решений.

В заключение рассмотрим видение организации работ по проектированию в НК «Роснефть» и предпринятые в ходе подготовки данной работы шаги, направленные на то, чтобы изложенные принципы и созданные в последующем разработки не остались «теорией на бумаге», а использовались на практике.

Как было сказано* в первой главе, при системно-структурированном проектировании с одной стороны необходимо обеспечение диффузии знаний по направлениям проекта и по этапам выполнения, а с другой стороны — развитие механизмов накопления и систематизации знаний. Для обеспечения диффузии знаний одни и те же люди должны иметь целостное представление о том, что такое поверхностное обустройство, и как его нужно менять и оптимизировать под планируемые мероприятия, рассчитывать экономический эффект проекта, т. е. необходимо участие одних и тех же людей на всех этапах проектирования.

В системно-структурированном подходе1 корпоративные институты обеспечивают комплексное инжиниринговое сопровождение проекта от начала до конца: от проектирования разработки, обустройства, до сопровождения экспертизы проектов, участия в выборе поставщиков. Эти же люди должны участвовать в выполнении рабочей документации, детальном моделировании, осуществлять авторский надзор за выполнением проектов разработки, в том числе, принимать участие при реализации выработанных ими решений.

Необходимость комплексного инжиниринга обусловлена тем, что невозможно формализовать в томах проектного документа весь опыт и допущения, особенно, касающиеся нововведений, сделанных при создании проекта. Фактически, даже геометрия содержит множество привнесенных, скрытых утверждений. Так, Пуанкаре отмечает: «Являются ли аксиомы, формулируемые в руководствах, единственными основаниями геометрии? Мы можем убедиться в противном» [125].

В зарубежной практике, при проведении анализа проектов в Мексиканском заливе, было замечено, что большинство аварий приходится на первый год разработки. В результате было установлено, что высокая аварийность обусловлена не столько начальными высокими уровнями добычи, сколько неготовностью персонала к работе с новым оборудованием, к принятию во внештатных ситуациях правильных решений. С тех пор, персонал, который будет работать на платформе, привлекается к заключительным стадиям проектирования для ознакомления с особенностями технологических процессов добычи, подготовки и транспорта продукции [10].

Привлечение одних людей ко всем этапам проектирования и инжинирингового сопровождения не только повышает качество проектных решений, снижает риски, но и сокращает сроки выполнения проекта. Например, известно, что сроки проектирования обустройства сильно связаны с поставкой оборудования, и, в частности, этап проведения тендера вполне может оказаться лимитирующим звеном в выполнении проекта.

Систематизированные знания являются основой качественного проектирования. Помимо накопления знаний необходима разработка механизмов их систематизации и оперативного распространения, внедрения. Как уже указывалось, распространение знаний, накопленных в виде томов отчетов практически невозможно. Сама суггестивная природа знания указывает на возможность его распространения в виде идей, выводов, правил которые могут быть представлены в форме графиков, таблиц, корреляций, стандартов.

В ходе выполнения данной работы основной практический опыт внедрения системно-структурированного подхода к проектированию получен при выполнении т.н. интегрированных проектов на основных месторождениях ОАО «НК «Роснефть».

Вначале, для внедрения интегрированного проектирования была преобразована структура Корпоративного научно-производственного комплекса с введением проектного принципа работы. Проектная группа включает в себя сотрудников НИПИ, Добывающих объединений (ДО) и профильных департаментов Компании, что позволяет принимать решения с привязкой к производственной деятельности ДО, оперативно реагировать на изменения геологических и производственных условий разработки месторождения. Опыт также показал эффективность, по завершению подготовки проектной документации, последующего мониторинга разработки месторождения.

Интегрированные проекты является постоянно обновляемыми, обращаясь к ним можно в любой момент времени получить актуальную информацию по месторождению. По мере накопления изменений за время работы с интегрированным проектом месторождения решается вопрос о необходимости инициирования нового проектного документа.

• В настоящее время по интегрированным проектам ведется разработка месторождений, дающих более 70% добычи ОАО «НК «Роснефть».

• Выполнение проекта разработки происходит в несколько стадий с контрольными точками, которые являются принципиальными с точки зрения разработки, на них проводится экспертиза и обсуждение перед дальнейшей детализацией.

• Интегрированное проектирование позволило повысить чистый дисконтированный доход проектов в среднем на 15%.

• Реинжиниринг процессов проектирования позволяет увеличить за время внедрения (1−2 года) эффективность труда в 2 раза.

• Повышение эффективности труда при представленном подходе следует из построения более тесных взаимосвязей между этапами проектирования, анализа временных затрат на всех этапах.

Проанализировав существующие подходы и методики построения интегрированных моделей, были инициированы работы по разработке собственной методологии и программного обеспечения для интегрированного проектирования на базе корпоративного программного комплекса «Геология и добыча». Данный продукт в настоящее время выступает как средство накопления и анализа данных. Универсальным форматом для систематизации методик в Компании являются*. Шаблоны применения технологий. При необходимостиразрабатываемые алгоритмы реализуются в рамках программного комплекса «Геология и добыча».

На опыте последних лет отмечено, что в целом при системно структурированном подходе улучшается взаимодействие между структурами, когда группы интегрированного проектирования выступают связующим звеном между добывающими объединениями, институтами и профильными департаментами.

Суммируя, можно выделить следующие результаты данной работы: 1. Предложены, принципы эффективного проектирования, состоящие в целостном видении проекта разработки, использовании моделей, соответствующих неопределенности данных, взаимосвязанности этапов проектирования от построения геологической модели до оценки экономических показателей.

2. Формализованы подходы восполнения информации о пласте методами: количественного анализа месторождений-аналогов, анализа данных нормальной эксплуатации скважин и натурных экспериментов.

3. Предложены методы инженерных расчетов на этапе концептуального проектирования: расширение метода материального баланса на случай трещиноватых коллектороврешение задачи о выборе оптимального давления на первой ступени сепарацииалгоритм подбора оптимального диаметра труб разветвленной сети нефтесбораметодика оценки нормативов капитальных затрат для нефтяного месторождения, исходя из минимального объема информации (фонд скважин) и расчета изменения величины капитальных затрат при изменении цен на основные материалыметодика оценки минимального рентабельного дебита нефти. Также рассмотрен способ интегрального анализа эффективности проведения совокупности геолого-технических мероприятий.

4. Представлена5 предлагаемая схема интегрированного проектирования и рассмотрены практические примеры выполнения нескольких интегрированных проектов.