Чернявская Т.А., Тюменский нефтяной научный центр, Тел.: 8 (3452) 529-090, доб.7773, e-mail: tachernyavskaya@tnk-bp.com
GIS in the IT Environment of oil-and-gas Production Enterprise
Деятельность любого предприятия сопряжена с обработкой постоянно увеличивающегося массива совокупной информации, потребность в которой возникает на различных стадиях производственного цикла. Не являются исключением и предприятия горнодобывающей отрасли, в частности, нефтяные вертикально-интегрированные компании.
Высокую отдачу от инвестирования в проекты освоения запасов углеводородного сырья можно получить при проведении комплексного анализа ресурсов месторождения и перспектив его развития. Аналитические процессы и оценка прогнозов предполагают обработку огромного количества фактографического материала и включают такие трудоемкие процессы как систематизация и преобразование промысловых данных для последующего геолого-гидродинамического моделирования. Результаты моделирования также требуют систематизации и преобразования к виду, доступному для анализа, в том числе, на основе 3D-представления и соответствующих технологий.
В решении данных задач не обойтись без использования современных информационных технологий, среди которых особое место занимают геоинформационные системы (ГИС).
При поиске, освоении и разработке месторождений углеводородного сырья большинство активов и технологических процессов предполагают наличие пространственной компоненты, что приводит к использованию ГИС как необходимого элемента в общей инфраструктуре сбора данных, управления данными и их представления. Геоинформационная система позволяет не только отображать на географической карте расположение явлений и объектов, но и оперировать большими массивами разнообразной информации, на основе которой принимаются управленческие решения.
Хотя ГИС пока не готова взять на себя роль комплексной аналитической среды для моделирования динамических производственных ситуаций, но в масштабе корпоративных бизнес-процессов ей отводится значимая роль визулизатора текстовой и графической информации, инструментального модуля, позволяющего оценить взаимосвязь объектов; помимо этого она является базовой платформой для интеграции информационных ресурсов в различных форматах.
Совокупность ряда преимуществ, таких как открытость системы, концептульная законченность, модульность, адаптивность заметно отличает геоинформационную систему ArcGIS (Esri Inc.)в линейке подобных продуктов. Конечная реализация геоинформационного проекта индивидуальна для каждого предприятия в зависимости от отраслевой специфики, структуры производства, существующих регламентов и процедур обмена информацией, что, в конечном итоге, формирует уникальное решение с учетом характерных, присущих конкретному предприятию, черт. В то же время, свойство масштабируемости системы ArcGIS позволяет быстро, безболезненно, с учетом предыдущих решений и опыта расширять число предприятий-пользователей ГИС в рамках корпорации, организуя клиентские места в зависимости от уровня организации работы с данными (ПК, КПК, рабочие станции, удаленные терминалы).
При разработке и внедрении ГИС в производственный процесс научного центра ТНК-ВР и компании в целом были сделаны попытки перекрыть “узкие” места, которые возникают при работе в общем информационном поле организации.
Прежде всего, при опросе различных групп пользователей в числе ожидаемых результатов от работы в среде ГИС были выделены общие требования к системе.
Общие требования к информационным ресурсам
Структурированность данных. В связи с тем, что на поиск и верификацию информации уходит половина рабочего времени специалиста, одним из важных требований к системе является структурированность организации хранения и доступа к данным.
ГИС-специалист должен хорошо понимать иерархию объектов и их свойств, возможные взаимосвязи и правила поведения объектов друг относительно друга.
Необходим целостный подход к работе с информацией, включающий ввод первичных данных, их обработку и последующую интерпретацию, а также необходимо учитывать время создания и изменения тех или иных информационных ресурсов. При организации хранения и доступа к данным принимается во внимание потребность пользователей в оперативной и исторически сложившейся информации по существующему фонду скважин с использованием детализации до события на отдельной скважине.
Геоинформационная система позволяет организовать эффективное хранение данных различных типов, обеспечить их дальнейшее использование в различных системах и проектах в режиме многопользовательского и автономного доступа. Тем самым, геоинформационная система в полной мере способна удовлетворить требование по организации структуры хранения и доступа к информации, используя свои инструментальные возможности.
Полнота данных. Невозможно охватить все источники информации на протяжении всей истории разработки месторождения. До половины исходной информации о конкретных скважинах, результатах испытаний, объемах сейсмических работ не выходит дальше архива производственных единиц и, тем самым, не поступает в единую корпоративную базу данных. Такие исходные данные как шахматки, акты, рапорта, дела скважин представлены, в большинстве своем, на бумажных носителях. Помимо тех документов, которые находятся в широком доступе, существуют тысячи всевозможных отчетов сторонних организаций, моделей, результатов вычислений, хранящиеся на локальных, недоступных многим пользователям, носителях.
Функционал геоинформационной системы предполагает использование конвертеров для чтения и преобразования разнородных форматов, посредством которых представлена информация по истории разработки, геолого-техническим мероприятиям, результатам интерпретации (отчеты, модели, выводы). Режим оцифровки позволяет переводить растровые изображения в векторные объекты. Инструменты импорта/экспорта расширяют линейку форматов входных и выходных данных.
Таким образом, чтобы достичь как можно более полного представления об объекте недропользования с учетом всего исторически сложившегося, накопленного материала, возможно использовать ГИС как среду для ввода, просмотра и корректировки различных информационных ресурсов.
Качество данных. Даже имея в прямом доступе историю добычи и закачки, не всегда можно с уверенностью говорить об адекватности цифровых материалов. Это связано с тем, что нередко отсутствует возможность получить сведения обо всех технических, проектных, исследовательских работах, которые когда-либо делались на определенном активе. А если данные и собраны в достаточном объеме, то они могут характеризоваться низким качеством и потенциально возможными несанкционированными корректировками.
На данных, не отражающих реальную действительность, не имеет смысла строить модели и принимать решения. Соответственно, при обработке информационных массивов важным является уверенность, что информация достоверна и актуальна.
Достижения и наработки различных программных средств (PCMS, BASPRO, OIS) в области сохранения истории добычи, закачки и накопленных объемов дают серьезную уверенность в последующих расчетах. Отсюда вытекает решение о необходимости согласования между базами данных разного ПО и пространственной базой геоданных в рамках единого централизованного ресурса, что существенно повышает доверие к получаемой пользователем информации.
Дополнительным гарантом качества информационного материала служит визуальная оценка и проверка положения объектов в координатном пространстве.
Требования производственных подразделений
Говоря о создании информационной модели данных (инфраструктуре пространственных данных) и о цифровой интеграции, нужно, прежде всего, подразумевать интеграцию человеческую – многофакторную и неструктурированную.
Специалист – геолог, разработчик, технолог – может уверенно описать, какого рода и содержания информация ему необходима. Трудности возникают на этапе формализации объектов, их свойств, описания массивов информации, а также алгоритмизации процессов принятия решений. Имея уже описанные и сформированные сущности предметов и явлений, определив содержание и набор таблиц и пространственных слоев, а также поведение объектов в координатном пространстве, можно переходить к построению информационной модели.
Необходимо учитывать специфику отдельных бизнес-процессов, что позволяет выделить определенные, уникальные для каждого подразделения, требования к данным и функциональным возможностям системы.
Геолого-разведочные работы. При планировании и проектировании геологоразведочных работ и оценке прогнозных ресурсов углеводородов анализируется целый набор показателей геологоразведочных работ. Количество и разнообразие данных, обусловленное различными элементами геологического районирования (провинция, область, район), стратиграфическими подразделениями, нефтеносными комплексами, границами лицензионных участков и т.д., создает серьезные предпосылки для использования общего информационного ресурса, который даст возможность получить доступ к большому объему различного фактического материала.
Наилучшее представление о степени изученности территории глубоким поисково-разведочным, структурно-поисковым бурением и сейсморазведкой дают карты территорий поисковых работ. Оценка плотности скважин и сейсмопрофилей позволяет делать заключения о достаточности или необходимости проведения исследований и о перспективах направления геологоразведочных работ. Определение параметров изученности территорий имеет большое значение при планировании объемов геологоразведочных работ в условиях лицензионных соглашений и уточнении инвестиционной привлекательности участков недр.
Таким образом, ГИС способна и обязана выполнить роль информативной среды, обеспечивающей принятие решения о проведении дополнительных сейсмических исследований и структурного бурения для достижения необходимой плотности изученности территории.
Охрана окружающей среды. Планирование работ по обустройству месторождений связано с анализом природной обстановки с учетом влияния техногенных объектов на окружающую среду. Экологические изыскания на территории работ предполагают оценку фактического состояния окружающей среды месторождений и зоны их возможного влияния, включая оценку уровней загрязнения основных компонентов окружающей среды, а также выявление возможных экологических нарушений, вызванных хозяйственной деятельностью.
Для проведения экологической экспертизы необходима информация о состоянии природных условий (географическое положение участка, атмосферные условия, климатические характеристики, геологическое строение, рельеф, гидрологические объекты, характеристики почв, растительный покров и животный мир) и характеристики объектов техногенной нарушенности территории (площадки поисково-разведочных скважин, трассы профилей, коридоры коммуникаций, объекты размещения и утилизации производственных отходов).
Экологический мониторинг проводится с целью планирования мероприятий для предупреждения и ликвидации аварий при эксплуатации скважин.
С помощью геоинформационной системы можно получить необходимые материалы для экологического обоснования проектной документации на строительство объектов обустройства месторождений с учетом нормального режима эксплуатации, а также возможных аварийных ситуаций.
Капитальное строительство, энергетика, транспортировка. Работа с наземной частью месторождения предполагает визуализацию ряда техногенных объектов инфраструктуры в концептуальной взаимосвязи с топографическими и гидрографическими объектами в условиях ландшафта. При планировании и мониторинге работ по электроэнергетике, строительству, а также при оптимизации процессов транспортировки нефти необходимо картирование района работ с возможностью отображения всех коммуникаций и просмотра их технических характеристик.
Возможность выполнения совокупного пространственного анализа различных объектов инфраструктуры, коммуникаций, земельных отводов, водных ресурсов и других природных объектов существенно повышает точность оценки стоимости активов предприятия и эффективность дальнейшего планирования затрат на строительство техногенных объектов.
В рамках геоинформационной системы возможна организация хранения максимально корректных исходных данных для качественного планирования развития наземной инфраструктуры. Рационально также создание карт-проектов обустройства кустовых площадок и месторождения в целом с использованием материалов космо- и аэросъемки. Имеет смысл хранить уже готовые проекты ArcGIS для выполнения проектных расчетов и оценки характеристик объектов.
Разработка и добыча. Инженеры-разработчики при работе с исторической и оперативной информацией, как и другие отраслевые специалисты, предъявляют типичные требования к полноте, качеству и доступности данных.
Основные производственные процессы при разработке месторождения (залежи, пласта) определяют характер и содержание большого количества документов, необходимых при решении вопросов по уменьшению темпа падения добычи нефти, планированию уплотняющего бурения с целью увеличения добычи, проведению мероприятий, нацеленных на увеличение нефтеотдачи пластов. Из этого следует, что одной из задач является понятный процесс сохранения результатов работы рабочих групп и подразделений, а также обеспечение свободного доступа к текущей информации по скважинам (дебит, обводненность, уровни), геолого-технологическим мероприятиям и исследованиям.
Большое разнообразие программных инструментов различных разработчиков ПО в области геологии и разработки (OFM, MBAL, ECLIPSE, Gap, Perform, Kappa, Petrel и т.д.) определяет традиционные источники исходной информации для инженеров-разработчиков. Это обуславливает работу специалистов с базами различного ПО, а также с информацией собственных архивов отдельных групп, подразделений, департаментов.
Геоинформационная система может обеспечить структурированный подход при организации доступа и сохранения данных.
Содержание корпоративной базы пространственных данных
В разработке модели хранения пространственных и семантических данных приняли совместное участие специалисты различных специализаций. Совокупные усилия привели к созданию модели данных, определяющей структуру, правила хранения, поведения и взаимодействия между собой векторных и атрибутивных данных.
На сегодняшний день корпоративная база пространственных данных ТНК-ВР содержит тематические наборы слоев и таблиц и представлена следующими объектами:
- объекты региональной геологии (геологическое районирование, границы фациальных зон, характеристики седиментационных обстановок, элементы тектоники)
- объекты нефтегазового комплекса (газо- и нефтеперерабатывающие предприятия, трубопроводы, нефтеперекачивающие и компрессорные станции)
- характеристики изученности (геофизическая изученность, в том числе сейсмическая 2D и 3D изученность, параметры изученности керном, фонд скважин, проектный фонд скважин)
- месторождения, перспективные структуры и разведочные площади
- лицензионные участки, конкурсные и аукционные участки
- объекты производственной и социальной инфраструктуры, коммуникации
- топографическая основа (рельеф, гидрография, растительность)
- геометрия и атрибуты скважин, батарей, кустов, последовательность напластования, геометрия стволов с учетом инклинометрии и пластопересечений.
Набор информационных слоев постоянно пополняется с учетом текущих потребностей разных структурных подразделений предприятия.
Кроме того, следует учитывать территориальную распределенность подразделений компании, что предопределяет горизонтальную интеграцию данных, локализованных в сетях отдельных предприятий. Сама специфика работы диктует необходимость выполнения процессов согласования распределенных данных для поддержания целостности, согласованности и актуальности общей корпоративной базы данных.
Синхронизация данных различных, географически распределенных владельцев позволяет выявить наличие дубликатов и противоречий в геометрии и атрибутике смежных или пересекающихся объектов пространственных слоев, созданных в контексте единой информационной модели, а также приводит к пополнению и верификации родительской и дочерних баз данных с учетом произошедших изменений.
Обмен пространственными данными географически удаленных источников информации и их согласование организовано на основе технологии репликации баз географических данных (БГД), реализованной в ArcGIS. Данный механизм позволяет осуществить автоматизированный обмен данными между базами геоданных производственных единиц и корпоративной базой пространственных данных.
Интеграция с внешними источниками данных
Современные ожидания пользователей таковы, что взаимодействие между информационными системами должно быть полностью автоматическим, при этом конечный пользователь не должен передавать информацию вручную от одной системы к другой.
В общую интеграционную информационную среду в качестве информативных источников вовлечен ряд корпоративных систем.
БАСПРО Оптима. Программный комплекс «БАСПРО Оптима» (Группа компаний БАСПРО) используется для мониторинга разработки месторождения и анализа геолого-промысловых данных. База данных БАСПРО (Oracle) хранит всю необходимую для построения и эксплуатации геолого-технологических моделей информацию, как по скважине, так и по нефтяному резервуару в виде таблиц показателей разработки, карт, графиков, диаграмм скважин и схем корреляции, геологических разрезов, диаграмм добычи. Система «БАСПРО Оптима» поддерживает интеграцию с системой сбора первичной промысловой информации OilInfoSystem (РН-Информ) и с данными программных пакетов геологического (IRAP RMS, Roxar) и гидродинамического (Tempest, Roxar) моделирования.
Совместная работа программного пакета «БАСПРО Оптима» и базы пространственных данных предусмотрена в рамках системы учета и контроля пространственного положения фонда скважин (Well Tracking, компания Data East). Для интеграции данных Well Tracking с системой «БАСПРО Оптима» используется модуль WellTracking Interoperability Service (WTIS, Data East). С его помощью организована передача в автоматическом режиме из системы «Баспро Оптима» в Well Tracking замеров инклинометрии, гироскопа, разбивок по пластам и передача в обратном направлении, из Well Tracking в «Баспро Оптима», координат устьев, пластопересечений, удлиненного гироскопа.
Система PCMS (Schlumberger). Эта система сбора, хранения и анализа геолого-промысловых данных обеспечивает информационную поддержку и контроль за процессами разработки. PCMS поддерживает интеграцию с системой сбора первичной промысловой информации OilInfoSystem (РН-Информ) и с данными системы «БАСПРО ОПТИМА» для своевременного обновления данных в Системе Мониторинга Добычи, а также для отображения неверно загруженной информации в журналах загрузки.
При загрузке ряда объектов в пространственную базу данных используются специализированные приложения, разработанные компанией Schlumberger. Процесс загрузки выполняется с помощью загрузчиков координатной и атрибутивной информации по скважинам, лицензионным участкам, сейсмическим профилям и точкам взрыва. В процессе работы загрузчиков осуществляется согласование загружаемых объектов с записями в соответствующих таблицах базы PCMS. Одновременно в системе PCMS отображается наличие координатной информации по объектам, загруженным в базу геоданных.
Кроме того, база геоданных содержит таблицы и слои, являющиеся представлениями (view). Такие объекты получены путем построения сложных запросов к таблицам базы пространственных данных и к таблицам базы PCMS. Это позволяет отображать объекты пространственных слоев, информация по которым присутствует в системе сбора первичной информации.
Для работы с пространственными данными корпоративные клиенты могут использовать базовые карты, представленные в виде картографических сервисов на основе ArcGIS Server в режиме тонкого клиента (типа Internet Explorer).
В процессе работы пользователей в среде интерактивных карт возникли замечания и предложения, что привело к устранению ряда ошибок, внесению изменений и дополнений. Потребность в пространственных данных является хорошим показателем и стимулом к дальнейшему расширению масштабов применения геоинформационных технологий в Компании.
Выводы
Определение места и назначения геоинформационной системы в общем информационном процессе дало возможность обозначить круг задач, решаемых посредством геоинформационной системы:
- Ввод, обработка и дальнейший анализ данных в двумерном и трехмерном координатных пространствах.
- Визуализация исходной информации, представленной в координатах объектов, а также атрибутивных значений.
- Пространственный и атрибутивный анализ исторических и оперативных данных.
- Оценка степени интенсивности значимых характеристик объектов.
- Согласование данных с учетом информации в смежных информационных системах.
- Оценка наличия и качества материалов космосъемки на изучаемую территорию.
- Редактирование пространственных данных с целью их уточнения и актуализации.
- Картирование территорий районов работ различного тематического содержания в текущем масштабе.
- Создание отчетов, диаграмм, изображений.
Таким образом, ГИС гармонично вписалась в единую информационную систему, с помощью которой в настоящее время решается большой круг вопросов и задач предприятия. Геоинформационная система становится частью системы поддержки принятия решений для руководства, т.к. представляет собой среду для выполнения многофакторного вариативного анализа и проработки возможных вариантов, включая базовый, пессимистический и оптимистический сценарии развития проектов. Поиск решений проводится в соответствующем геопространственном контексте (объекты имеют географическую привязку и отображаются в соответствующем месте). Именно в этом случае анализ накопленных данных и планирование дальнейших мероприятий и работ имеет реальный смысл и сможет принести максимальную пользу при разведке и освоении месторождений.
Такой видится нам позиция геоинформационной системы в общем информационном пространстве крупной отраслевой компании нефтегазового комплекса, что делает более реальными планы дальнейшего развития и продвижения ГИС-технологии как инструмента управления, мониторинга, планирования, выработки стратегии, моделирования производственных процессов и их оптимизации.
