Карамов Ильшат Ильгамутдинович, главный инженер управления «ТатАСУнефть» ОАО Татнефть, г. Альметьевск, e-mail: karamov@tatneft.ru
ОАО «Татнефть» накопила большой опыт использования геоинформационных систем в своей деятельности. В управлении ТатАСУнефть, IT-подразделении компании, успешно функционирует отдел ГИС, как головной куратор и исполнитель геоинформационных проектов компании. Геоинформационная система (ГИС) ОАО «Татнефть» охватывает все уровни структуры управления нефтяной компанией, начиная с цеха и заканчивая ОАО «Татнефть» в целом. Она обеспечивает интеграцию обработки информации в пределах всей производственной структуры, системы анализа состояния разработки нефтяных месторождений и системы управления производством, всей имеющейся информации о нефтяном месторождении. Фундаментом такой корпоративной системы является банк пространственных данных по объектам нефтедобычи, системам ППД (поддержание пластового давления), телемеханики и энергоснабжения ОАО «Татнефть», интегрированный с производственной информацией. ГИС призваны повысить эффективность работы в службах нефтедобычи, нефтепереработки, геологической, маркшейдерской, АСУ, финансовой, диспетчерской, экологической, транспортной, энергетической, инженерного проектирования и др.
Геоинформационные системы все более тесно интегрируются в производственную жизнь специалистов компании. Многие специалисты уже не представляют себе эффективную работу без применения ГИС. На базе ГИС создано и эксплуатируется на производстве большое количество систем и приложений. Маркшейдерские службы компании используют в своей работе программные продукты линейки ArcGIS для обновления картографического материала. Для съемки и уточнения местоположения объектов на местности все чаще применяются GPS-приемники.
Банк Данных пространственной информации постоянно расширяется. По объему и полноте хранящихся в нем геоданных ОАО «Татнефть» занимает лидирующее положение среди нефтяных компаний России.
Значение ГИС в информационном обеспечении различных бизнес процессов компании постоянно возрастает. Рассмотрим роль этой технологии на примере некоторых основополагающих бизнес процессов.
Геология и разработка
Помимо применения стандартных средств и данных ГИС, все большее значение для геологических служб и служб разработки месторождений начинают представлять данные дистанционного зондирования. В последнее время компания ведет активную работу по освоению новых месторождений на абсолютно новых территориях: Ливия, Сирия, Ненецкий округ и многие другие. И зачастую космоснимки являются единственным источником знаний по имеющейся на данных территориях инфраструктуре, почвам, структуре пород. В связи с этим, ведется работа по внедрению технологии ImageConnect для оперативного доступа к данным дистанционного зондирования различных специалистов и служб.
Добыча и транспортировка нефти и газа
ГИС трубопроводов. Корпоративная информационная система «ГИС Учет и анализ работы системы трубопроводов» предназначена для паспортизации нефтепромысловых трубопроводов, учета, анализа и контроля порывности, защиты от коррозии, режимов работы трубопроводов с интеграцией всей информации в геоинформационной системе.
Используемая историческая и оперативная информация по трубопроводной системе нефтесбора, ППД и подготовки нефти, событиям и отказам на них, по работам на объектах нефтедобычи и другим комплексам интегрируется в едином хранилище в центре обработки данных ОАО «Татнефть».
Данная система является эффективным инструментом технологической службы по добыче нефти и газа и поддержания пластового давления уровня цехов и НГДУ, а также маркшейдерских служб. Система предусматривает классификацию всех объектов и установление единой терминологии системы сбора, подготовки и транспорта нефтепромысловых жидкостей.
Вся первичная информация формируется в цехах добычи и ППД и содержит следующие сведения:
- паспортные данные трубопровода
- сведения о порывах трубопровода
- транспортируемая среда и назначение трубопровода
- внутренние защитные покрытия
- ингибирование трубопровода
- сведения о катодной защите
- режим работы трубопровода
- сведения о протекторной защите.
Состояние трубопровода отражается на карте, также на ней можно высветить порывы и получить информацию о них (рис. 1, 2).
Рис. 1. Информация о состоянии трубопроводов.
Рис. 2. Порывы на трубопроводах.
При необходимости пользователь с помощью встроенной информационно-поисковой системы может получить расчетные показатели по всей имеющейся информации в виде стандартных выходных форм. Кроме того, можно отобразить продольный профиль выбранного на карте трубопровода (рис. 3).
Рис. 3. Продольный профиль высот по выбранному трубопроводу.
Проводя анализ порывов, система определяет наиболее изношенные участки и выдает рекомендации к их замене. Поиск таких участков проводится по критерию существования N порывов на плавающий километр трубопровода (рис. 4). Представление этой информации на карте местности совместно со сведениями о видах покрытий позволяет наглядно определить скопление участков с наиболее часто случающимися порывами, выявить наиболее уязвимые для коррозии участки трубопроводов и планировать мероприятия по борьбе с ней.
Рис. 4. Инструменты анализа состояния трубопроводов.
Планируя подключение новых объектов можно просмотреть оптимальный вариант их расположения, распределить нагрузку на них и подходящие к ним трубопроводы.
Программа оптимизации системы нефтесбора. Эта система является неотъемлемой частью и дополняет функциональные возможности ГИС «Трубопроводы», разработанной в ОАО «Татнефть». Ее применение в совокупности с доступными в ГИС геоданными и атрибутивными данными по системе нефтесбора, такими как паспорта всех объектов нефтедобычи, их текущее состояние, степень изношенности и т.д., позволяет:
- повысить эффективность принятия решений при проектировании и строительстве новых нефтепроводов или модификации имеющихся;
- получить значительную экономию материальных и денежных средств за счет более эффективного решения задач строительства и реконструкции систем нефтесбора;
- значительно расширить поле зрения при анализе состояния системы нефтесбора: специалист видит не разрозненные бумажные карты и планы, а непрерывную территорию деятельности предприятия, по любому объекту которого может быть быстро получена вся существующая на этот момент информация;
- упростить расчет и оценку вариантов прокладки трубопроводов из одной точки в другую;
- получить полную информацию о предполагаемой трассе трубопровода: профиль, перепад высот, пересечение с дорогами, высоковольтными ЛЭП, линиями связи, трубопроводами и т.п.;
- подсчитать материальные затраты на обустройство системы;
- получить полную информацию о типах земель и произвести расчет трассы трубопровода по критерию минимальной стоимости земли.
Помимо этого, в ОАО «Татнефть» разработана программа, позволяющая однозначно интерпретировать результаты обработки различных информационных данных и получать оценку степени пригодности трубопроводов к дальнейшей эксплуатации. В качестве исходных используются паспортные данные трубопроводов, количество и динамика возникновения порывов, текущий и прогнозируемый дебит скважины, запасы нефти и другие геологические данные. Обучаемая программа для получения результатов использует нейросетевые алгоритмы. Получение оценки является первым шагом в оптимизации системы нефтесбора. Результаты отображаются в настольной ГИС в виде трубопроводов, классифицированных по степени пригодности. Каждому трубопроводу назначается оценка от одного до десяти баллов. В качестве примера, на рис. 5 показан район ГЗУ-25 одного из НГДУ ОАО «Татнефть». Анализ проводился не просто на отдельный трубопровод, а на систему «скважина-трубопровод». Красным цветом выделены скважины и трубопроводы, непригодные к дальнейшей эксплуатации. Данные скважины можно использовать в качестве объектов оптимизации, но не все, так как среди них присутствуют скважины, подлежащие консервации (низкий дебит, малые запасы и т.п.). Желтым цветом выделены скважины с удовлетворительной оценкой. Скважины данного класса наиболее пригодны для оптимизации, так как обладают удовлетворительным дебитом и запасами, но низким качеством трубопроводов. Скважины и трубопроводы, выделенные зеленым цветом, не подлежат реконструкции, поскольку их ресурс еще не исчерпан.
Рис. 5. Классификация скважин и трубопроводов по степени пригодности.
Вторым шагом в процессе оптимизации является построение оптимального маршрута прокладки трубопровода. Для работы используется грид высот в совокупности с некоторыми другими тематическими слоями: леса, дороги, водоемы, населенные пункты и т.д.
Расчет производится по критерию минимума длины при соблюдении некоторых начальных условий:
- прохождение через обязательные точки: скважины, ГЗУ (групповые замерные установки), реперы;
- обход зон запрета, таких как прибрежные зоны водоемов, окрестности населенных пунктов, лесные массивы и т.п., то есть зон, где строительство трубопроводов запрещено или нежелательно по экологическим или иным нормам;
- количество пересечений с дорогами, высоковольтными ЛЭП, линиями связи, трубопроводами – не больше заданного;
- максимально возможное использование существующих трубопроводов, при прочих равных условиях выбирается вариант с использованием существующей сети нефтесбора;
- расчет схемы с минимумом перепадов высот.
В качестве примера, на рис. 6 синим цветом показан рассчитанный маршрут прокладки трубопровода. Видно, что предполагаемая трасса не пересекает лесной массив, а идет по проложенной просеке.
Рис. 6. Маршрут прокладки трубопровода, рассчитанный по заданным критериям.
На следующем этапе оптимизации специалисты, руководствуясь полученными результатами, готовят окончательный проект строительства трассы нефтепровода. Этот проект сравнивается с экономической точки зрения с имеющейся системой нефтесбора, и вырабатывается решение об изменении или неизменности системы. Выработка условий и все расчеты проводятся в неотрывном сотрудничестве специалистов ТатАСУнефть с производственным и технологическим отделами НГДУ, институтом ТатНИПИнефть.
Электроэнергетика и теплоэнергетика
Одним из направлений применения возможностей технологии геоинформационных систем стал масштабный проект по диспетчеризации теплоэнергетического оборудования ОАО «Татнефть». В соответствии с требованиями заказчика система диспетчеризации обеспечивает:
- визуализацию схемы расположения оборудования;
- автоматический контроль оборудования без постоянного присутствия персонала;
- оперативное предупреждение о нарушении в работе оборудования;
- вывод на диспетчерский пункт аварийных и других сигналов безопасности;
- вывод на диспетчерский пункт параметров работы котельной.
Программный комплекс, обеспечивающий решение поставленной задачи, разработан с применением современных технологий и включает в себя следующие основные компоненты:
- ГИС-сервер на базе геоинформационной системы ArcGIS – обеспечивает доступ к пространственной информации через стандартный Web-интерфейс. На карте представлены все теплоэнергетические объекты, реализованы основные функциональные возможности ГИС.
- Система сбора и передачи информации с объектов автоматизации теплоэнергетического оборудования. Система разработана на базе программных продуктов IBM WebSphere MQ series и обеспечивает гарантированную доставку данных от источника информации до хранилища данных.
- Хранилище данных – обеспечивает формализованное хранение и обработку информации.
- Система построения и отображения технологических схем, а также основных параметров работы теплоэнергетического оборудования в процессе эксплуатации, реализованная на основе Web-технологий в виде Web-сервиса.
Необходимо отметить, что применение Web-технологий при реализации системы значительно облегчает ее масштабирование, развитие и дальнейшее сопровождение, снижает требования к оборудованию. А на диспетчерский пункт передается следующая информация:
1. Основные параметры работы
- состояние оборудования (в работе, отключен, аварийное отключение)
- сигнал погасания пламени каждого котла
- расход электрической энергии
- выработка тепловой энергии
- давление и расход газа
- давление и температура воды на подающем и обратном трубопроводе тепловой сети
- температура наружного воздуха
- температура воды на выходе из котлов
- расход воды
- давление и температура исходной воды.
Вышеперечисленные параметры в реальном времени обновляются на дисплее в диспетчерском пункте (рис. 7).
Рис. 7. Отображение технологических схем и основных параметров работы теплоэнергетического оборудования.
2. Защитные сигналы
- срабатывание пожарной и охранной сигнализации (несанкционированный доступ)
- превышение концентраций метана (CH4) и угарного газа (CO)
- отсутствие (погасание) факела
- закрытие клапана-отсекателя по газу
- отключение электропитания
- сигналы превышения верхнего и нижнего предела давления газа
- аварийно-высокие и аварийно-низкие уровни воды в ответственных емкостях, баках и резервуарах.
Система разработана на базе ГИС-сервера и Web-технологий, позволяет в режиме реального времени отслеживать указанные параметры и осуществлять мониторинг ситуации на контролируемых объектах (рис. 8).
Рис. 8. Мониторинг ситуации на объектах теплоэнергетического комплекса.
Транспорт
В любой крупной нефтяной компании транспортная составляющая в себестоимости нефти составляет достаточно значительную величину. Поэтому в компании «Татнефть» и возникла идея о внедрении системы мониторинга автотранспорта для получения достоверных сведений о его работе и обеспечения на данной основе оперативного принятия решений по его же управлению. Система создавалась и внедрялась с целью оптимизации транспортных расходов компании за счет:
- получения достоверных данных о пробеге транспортного средства, скорости его движения, пройденном маршруте и работе дополнительного оборудования;
- контроля параметров движения транспортного средства и анализа отклонений от плановых значений;
- повышения безопасности движения и сохранности грузов;
- обеспечения на данной основе оперативного принятия решений по эффективному управлению автотранспортом.
В первую очередь было решено оснастить данной системой все автомобили компании, перевозящие нефть и нефтепродукты, ввиду высокой опасности и ценности перевозимых данными автомобилями грузов. Внедрение системы мониторинга проходило в три этапа. На данный момент все они завершены и системой мониторинга оснащено более 5000 единиц технологического автотранспорта компании, что является одним из крупнейших подобных проектов в России.
Автомобили, подключаемые к системе мониторинга, оснащаются бортовыми комплектами, предназначенными для определения местоположения автомобиля, его скорости и прочих ключевых параметров движения. Связь с центральным сервером осуществляется по GSM каналу сотовых операторов. Могут быть задействованы все существующие протоколы связи (SMS, GSM-Data, GPRS).
Базовыми функциями подсистемы GPS являются:
- управление маршрутом движения
- отслеживание событий на борту транспортного средства
- отслеживание отклонений от заданных параметров
- информирование диспетчера
- воздействие на транспортное средство.
Также система обладает широким спектром диспетчерских функций:
- визуальный контроль передвижения автотранспорта
- задание программ реагирования на различные типы событий
- получение по запросу информации от бортового блока
- контроль прохождения заранее нанесенных маршрутов
- голосовая связь с водителем
- контроль тревожных событий на автомобиле
- генерация отчетов о состоянии и движении транспортных средств.
Диспетчер в любое время может увидеть текущее местоположение автомобиля, запросить какую-либо дополнительную информацию по нему, связаться посредством голосовой связи с водителей, оперативно скорректировать или изменить маршрут (рис. 9). Диспетчер также может получить данные об истории движения автомобиля за любой период: о его стоянках, маршруте, отклонениях от маршрута (рис. 10). По каждому автомобилю создается путевой лист с указанием даты, пробега, указанного водителем, и пробега, определенного подсистемой GPS, а также их разница (отклонение) в км. и %, см. таблицу.
Рис. 9. Отображение местоположения автомобилей в режиме реального времени.
Рис. 10. Траектория движения автомобиля.
Сравнение пробегов, указанных в путевом листе и определенных по GPS.
При создании системы пришлось столкнуться с проблемой предоставления геосервиса. Решения, существовавшие на рынке, не устраивали, т.к. базировались на «самописных» форматах цифровых карт либо привязывались к файловым данным, хранящимся на рабочих местах. Поэтому геоинформационную составляющую системы пришлось создавать заново. В ОАО «Татнефть» стандартом программного обеспечения в области ГИС уже достаточно давно является линейка программных продуктов ArcGIS. Соответственно, Банк Данных пространственной информации создан на базе ArcSDE, что практически снимает ограничения на объемы хранимых данных. По объему и полноте имеющейся геоинформации ОАО «Татнефть» занимает одно из лидирующих положений среди нефтяных компаний России. А сервер приложений и клиентские места подсистемы GPS мониторинга были переделаны для интеграции с ArcIMS.
Что же было получено в результате внедрения данной системы? Постоянно специалистами компании анализируется множество показателей работы транспорта, так или иначе получаемых из системы, например, таких как:
- среднесменный пробег
- отклонение пробега, полученного подсистемой GPS от пробега в путевом листе
- нарушения скоростного режима
- контроль отклонений от маршрута.
Как показал наш опыт, подобная система окупается менее чем за один год эксплуатации. Были получены следующие результаты:
- снижение среднесменного пробега (на один путевой лист) более чем на 20%
- отклонения пробега по GPS от пробега в путевом листе удалось снизить до 5-7%
- на порядок сократились нарушения скоростного режима, что для перевозки опасных грузов является одним из ключевых показателей безопасности движения
- практически исключены отклонения от маршрута для всех автомобилей, оборудованных системой.
Теперь весь парк автомобильного транспорта компании уже оснащен системой спутникового мониторинга. За год ее работы накоплена огромная база данных по статистике движения автотранспорта, что позволяет проводить подробный анализ и решать любопытные задачи. Так, к примеру, с помощью модуля Spatial Analyst была построена карта интенсивности движения автотранспорта компании по разным автодорогам (рис. 11). Данная карта и проведенный по ней анализ позволяет решать следующие задачи:
- определить наиболее загруженные автодороги
- определить очередность и необходимость ремонта ведомственных автодорог (если дорога практически не загружена, то экономической целесообразности ее ремонтировать нет)
- определить «ненужные» ведомственные дороги – те, по которым практически не ездят
- построить оптимальные маршруты движения
- обновить и уточнить имеющуюся карту автодорог, и т.п.
Рис. 11. Карта интенсивности движения автотранспорта по дорогам.
Контроль выполнения персоналом регламентных работ
После того как компания увидела огромный эффект от внедрения системы спутникового мониторинга, была предложена идея использовать данные наработки для контроля персонала, выполняющего регламентные работы на местности: обход трубопроводов, обход линий электропередач, выполнение плановых ремонтов на удаленных объектах и т.п.
Оператору выдается мобильный переносной GPS приемник, аналогичный устанавливаемому на автомобилях но выполненный в мини-варианте, который можно носить в кармане. Данное устройство записывает маршрут движения оператора, все его остановки, повороты и т.п. Оно может оснащаться голосовой связью и кнопками тревожного вызова.
Прямо на электронной карте заводится маршрут обхода объектов (например, нефтепровода), система начинает его контролировать, а все нарушения маршрута фиксируются и попадают к руководителю.
Так, на рисунке 12 показан маршрут обхода магистрального трубопровода оператором. По регламенту весь маршрут должен быть пройден за 3 дня. Наложим на плановый маршрут путь оператора. Видно, что участок трубопровода, показанный черным цветом, остался без наблюдения (рис. 13). А это означает, что на трубопроводе могли быть несанкционированные врезки, аварии, нефтепроявления и т.п.
Рис. 12. Маршрут обхода трубопровода оператором.
Рис. 13. Контроль отклонений от заданного маршрута обхода.
Внедрив данную систему в полном объеме, компания получит полный контроль выполнения регламентных работ на местности и снижение несанкционированных врезок и аварий на трубопроводах. То есть, удастся сократить общие потери нефти и многие риски.
Заключение
Из всего вышеизложенного можно сделать вывод о том, что развитие геоинформационных технологий в крупных компаниях может и должно выйти на новые рубежи и высоты. Эффективное управление современной холдинговой компанией уже невозможно представить без применения корпоративной ГИС, которая становится инструментом принятия управленческих решений на самом высоком уровне.
