Управление пространственным положением скважин на нефтедобывающих предприятиях: задачи и решение

Вишневская Е.А., Гуляевский С.Е., Иванов А.Е., ООО «Дата Ист», г. Новосибирск, e-mail: evishnevskaya@dataeast.ru, Web: www.welltracking.biz; www.dataeast.ru, Билык А.А., ОАО «Самотлорнефтегаз», г. Нижневартовск, Долгих Н.Д., ОАО «ТНК-Нижневартовск», г. Нижневартовск

Abstract

Managing spatial well drilling data in oil producing companies: tasks setting and solving

Development and further adoption of Well Tracking extension for ArcGIS at TNK-BP affiliated companies significantly raised the operating efficiency of the survey and geodetic services. Well Tracking extension allowed solving the most urgent and fundamental problems with regard to standardization of different data formats and management of well drilling data at a corporate level.

Большой объем фонда пробуренных скважин и трудно извлекаемые запасы нефти на некоторых месторождениях предъявляют все более жесткие и высокие требования к качеству и точности определения пространственного положения скважин. Так, из-за уплотнения сетки разбуривания на Самотлорском месторождении в Западной Сибири (рис. 1) наклонно-направленное и горизонтальное бурение скважин, а также зарезка боковых стволов постепенно становятся основными видами бурения. Одновременно повышаются требования к точности попадания забоя скважины в заданную проектную точку. Особенно важно предотвратить встречу стволов бурящейся и ранее пробуренной скважины при кустовом бурении. Опасность встречи стволов возрастает с увеличением числа скважин на кустовой площадке. Высокая точность определения координат скважин и положения стволов позволяет установить правильность процесса бурения в заданном направлении.

Рис. 1. а) Плотность разбуривания Самотлорского месторождения; б) Бурение боковых стволов.

Учитывая, что достоверность геологоразведочных и проектно-изыскательских работ в значительной мере зависит от корректности данных о пространственном положении скважин, все специалисты, использующие координатную информацию о скважине, предъявляют высокие требования к ее точности, достоверности и актуальности. Эта информация востребована маркшейдерами, геологами, буровиками, разработчиками, экологами и другими специалистами.

До недавнего времени на рынке программного обеспечения не существовало ни одного программного продукта, обеспечивающего одновременно и автоматизацию бизнес-процессов, сопровождающих жизненный цикл скважины, и единое централизованное хранилище данных пространственной модели. Каждое предприятие решало проблему по-своему. Одни предприятия вели расчеты в электронных таблицах MS Excel, при этом часть результатов сохранялась в файловой системе, а часть вообще не сохранялась. Другие предприятия создавали небольшие программные приложения, производящие расчеты, но не обеспечивающие сохранность данных. Эта разрозненность, несогласованность разных предприятий одной компании в части использования систем координат, форматов входных и выходных данных, а также человеческий фактор, порождали ошибки и разного рода погрешности. Соответственно, перед специалистами добывающих предприятий группы компаний ТНК-BP стояла задача обеспечить службы такой системой, которая бы позволяла автоматизировать бизнес-процессы, сопровождающие жизненный цикл скважины в части пространственного положения, иметь единый банк хранения пространственных данных и могла быть гибко интегрирована в существующую ИТ инфраструктуру компании.

• Для решения этой задачи было произведено внедрение информационной системы Well Tracking на базе технологии ESRI. Ядром системы является программное приложение Well Tracking, разработанное компанией «Дата Ист» (г. Новосибирск). Оно обеспечивает выполнение функций универсальной геоинформационной системой для управления данными пространственного мониторинга скважин на корпоративном уровне.

Система позволяет решать следующие задачи управления данными:

• сбор, редактирование и накопления информации в локальную или региональную базу геоданных эргономичным программным инструментарием;
• передача пространственной информации из региональных баз геоданных в централизованную корпоративную базу пространственных данных при помощи технологии реплицирования данных;
• взаимодействие и обмен данными с уже имеющимися информационными системами, функционирующими в корпорации ТНК-ВР при поддержке модуля WTIS.

Основу системы Well Tracking составляют следующие компоненты: ArcGIS 9.2 и выше, ArcSDE, приложение Well Tracking v.2.x, модуль репликации и универсальный модуль интеграции Well Tracking Interoperability Service (WTIS).

Приложение Well Tracking

Well Tracking v.2.x автоматизирует работу маркшейдерских и геологических служб, связанную с ведением баз геоданных, а именно с вводом пространственной информации по скважинам из различных источников, ее обработкой, хранением и анализом (рис. 2). Программный модуль представляет собой тематически сгруппированные наборы инструментов обработки пространственных данных: «Редактирование», «Ввод данных», «Корректировка данных», «Экспорт данных», «Инструменты 3D анализа», «Отчеты», «Администрирование», а также инструменты геообработки.

Рис. 2. Визуализация данных Well Tracking в 2D и 3D.

Группа инструментов «Редактирование» предназначена для создания, обновления и удаления таких объектов как пласты, лицензионные участки, кустовые площадки, скважины и т.д. Удаление объектов возможно только после проверки системы на наличие связей с удаляемыми объектами. Например, вы не сможете удалить кустовую площадку из базы данных, предварительно не удалив связанные с ней батареи и скважины.

Инструменты группы «Ввод данных» позволяют:

• cтроить траектории стволов импортом из текстовых файлов форматов *.las, *.inc, *.lst, *.txt, копированием данных из таблиц *.xls и последующим вводом их из буфера обмена;
• наносить точки пластопересечений и забоя на активные траектории стволов;
• загружать скважины архивного фонда из файлов текстовых форматов.

В группу «Корректировка данных» входят две команды: «Корректировка гироскопа», рассчитывающая удлинение гироскопа на основании более полных замеров инклинометрии, и «Корректировка скважин», позволяющая менять положение проектных устьев в соответствии с данным полевых измерений.

Рис. 3. Инструмент 3D анализа «Траектории на критическом расстоянии».

При помощи инструментов 3D анализа осуществляется контроль над процессом бурения. Эти инструменты производят следующие вычисления:

• определение критического расстояния между траекториями стволов (рис. 3);
• определение расстояния от проектной точки-цели до забоя;
• определение расстояния от узла одной траектории ствола до других стволов;
• определение расстояния между узлами траектории ствола;
• просмотр координат узлов траектории ствола;
• определение координат ближайшего узла траектории ствола.

Группа инструментов «Отчеты» включает в себя 6 типов отчетов. Отчеты строятся на основе шаблонов, полученных в Crystal ReportsXI и MS Excel. Выбранный тип шаблона позволит создать отчет в формате *.doc или *.xls.

Весь функционал системы соответствует бизнес-процессам, сопровождающим жизненный цикл скважины.

• Работу маркшейдера с программой Well Tracking v.2.x можно описать следующим образом. В начале работы на месторождении проектируется кустовая площадка. В Well Tracking инструментом «Создание куста» маркшейдер создает проектную геометрию куста. После отсыпки площадки появится информация о его координатах, альтитуде и других параметрах, которые могут быть использованы для обновления проектной геометрии и атрибутов инструментом «Обновление куста». После того как геологическая служба вынесет первую скважину, в программе создается проектная скважина инструментом «Создание точки-цели». Если планируется сразу разбуривать куст, то после получения координат устья проектируется линия направления движения станка (НДС). НДС проектируется инструментом «Создание батареи», а устье – инструментом «Создание устья». Этап проектирования скважины можно сопроводить получением отчетов «Исходные данные по бурению скважины» и «Проектные данные для бурения батареи». Изменить статус скважин можно инструментом «Состояние скважины и параметры стволов». После бурения полученные сведения по траектории ствола заносятся в базу данных Well Tracking инструментом «Ввод данных инклинометрии». Определить, насколько отклонилась фактическая траектория пробуренного ствола от проектной траектории, можно при помощи инструментов 3D анализа. Файл со стратиграфическими разбивками вводится в диалог «Ввод пластопересечений» и на траекторию ствола наносятся точки пластопересечений и забоя. Расчет координат точек пластопересечений маркшейдер сможет получить из отчета «Сведения по пластопересечениям». Таким образом, последовательность работы со скважинами на месторождении полностью охватывается соответствующими командами ПО Well Tracking v.2.x.

Большое значение при внедрении системы Well Tracking было уделено вопросам безопасности и регулирования доступа к данным. Прежде всего, стоит отметить лицензионную защиту, обеспечивающую доступ к лицензионным копиям программного обеспечения стандартными регистрационными кодами ESRI, а также аппаратными ключами HASP SRM. Сервисом приложения Well Tracking v.2.x предусмотрено разделение функций на пользовательские и администраторские. Администратор настраивает права доступа в систему, начиная с момента входа в нее, а также права на работу с определенными инструментами. Доступ пользователей регламентирован только к тем функциям и объектам, которые соответствуют его должностным обязанностям. Доступ к базам данных также ограничивается стандартными разграничениями прав на запись и чтение. Таким образом, системой обеспечивается полная защита от несанкционированного доступа к координатной информации.

Структура базы данных WellTracking

Структуру базы геоданных Well Tracking составляют 8 классов пространственных объектов (лицензионные участки, кустовые площадки, линии направления движения станка и мостков, траектории стволов, проектные точки — цели, устья и точки пластопересечений), атрибутивные таблицы и служебные таблицы, а также классы отношений (рис. 4). Пространственные объекты сгруппированы в один набор классов пространственных объектов WELLDATA.

Рис. 4. Структура базы геоданных Well Tracking в корне каталога ArcCatalog, созданной при помощи утилиты Well Tracking Database Creator.

Сама структура базы данных полностью описывается через специальный файл DatabaseStructure.xml, который представляет всю базу в структурном виде. Разработчиками предусмотрена возможность дополнения структуры базы данных со стороны пользователя путем создания дополнительных пользовательских полей и доменов. Если пользователь хочет внести изменения в существующую модель данных, он может просто внести соответствующие изменения в DatabaseStructure.xml и запустить обновление базы по этому файлу.

Задание схемы базы производится автоматически при помощи специально разработанной утилиты. Утилитой Well Tracking Database Creator задается система координат базы данных, а также создаются таблицы, классы пространственных объектов, домены, классы отношений между таблицами. Утилита также создает пользователя ‘Administrator’. Все это позволяет обеспечивать контроль целостности данных при вводе и редактировании инструментами приложения Well Tracking v.2.x.

В диалоговое окно вносятся следующие сведения:

• файл соединения с базой данных;
• *.рrj- файл с информацией о системе координат XY;
• *.рrj- файл с информацией о вертикальной системе координат Z;
• дополнительно пользователь может внести информацию о доменах XY и Z.

Система Well Tracking автоматически поддерживает структуру и целостность базы данных. Заполнение пустой схемы производится пользователем после вызова приложения ArcGIS ArcMap и входа в систему Well Tracking. Создание и редактирование пространственных объектов набора классов WELLDATA производится только средствами Well Tracking. Стандартными инструментами ArcMap можно назначать раскраску слоям, проводить поиск объектов, построение запросов по атрибутам, вывод надписей и т.д.

Архитектура системы Well Tracking

Программное обеспечение Well Tracking v.2.x выполнено в виде расширения для ArcMap 9.2 и выше. Оно устанавливается на рабочем месте каждого пользователя системы и работает под операционной системой Windows (Windows 2000/XP/2003/Vista). Для хранения данных системы, в том числе и учётных записей, может использоваться как персональная база данных *.mdb, так и СУБД Microsoft SqlServer 2000/2005 или Oracle 9/10. Взаимодействие с СУБД осуществляется через ESRI ArcSDE. В системе действует разграничение прав доступа пользователей к тем или иным функциям системы на уровне приложения Well Tracking v.2.x, доступ к данным регулируется средствами СУБД.

Рис. 5. Архитектура системы Well Tracking.

Основными функциональными элементами архитектуры являются (рис. 5):

• СУБД – используется для хранения всех данных Well Tracking. Устанавливается на сервере. Возможна отдельная работа с локальной базой данных Access. Общие настройки хранятся в базе данных, в то время как настройки пользователя – в системном реестре Windows на персональном компьютере пользователя.
• Система ESRI ArcSDE – обеспечивает выполнение запросов к базе пространственных данных на основе СУБД. Устанавливается на сервере. Возможна установка как на отдельном сервере, так и на одном сервере с СУБД.
• Приложение Well Tracking v.2.x – программный модуль, реализующий весь функционал системы, в том числе её настройку и администрирование на базе ArcGIS. Доступ к функциям по умолчанию происходит через основное меню приложения.

Модуль репликации баз пространственных данных

• В нашем понимании, репликация– это синхронизация набора данных между различными разобщенными базами данных, находящимися, например, под управлением разных производственных единиц (ПЕ) корпорации. В частности, для иерархически организованной структуры базы данных необходимо было произвести объединение данных из разных источников в головной офис корпорации на центральный сервер (рис. 6).

Рис. 6. Схемы репликации баз данных.

В каждом из нескольких региональных отделений компании данные могут размещаться на локальном сервере (SQL Server / Oracle), затем в процессе репликации дублироваться в центральное отделение и автоматически объединяться. Таким образом, процесс репликации в данном случае осуществляется асинхронно.

Репликация обеспечивает синхронизацию работы общей и региональных баз данных. При этом данные из региональных баз могут быть между собой независимы и непересекающимися, в то время как база в центральном отделении содержит объединённые данные всех отделений.

Подготовка баз данных для проведения процесса репликации полностью автоматизирована и заключается в следующем. Администратор системы (или оператор репликации) запускает приложение для репликации баз данных, а в нём – процесс подготовки баз к репликации (рис. 7). В структуру реплицируемых баз данных автоматически добавляются репликационные идентификаторы, специальные триггеры и таблицы репликации, содержащие набор синхронизируемых изменений для очередной итерации репликации (в т.ч. первичной репликации). Когда структура базы данных подготовлена, можно начинать штатное проведение процедур репликации.

Рис. 7. Интерфейс приложения для репликации баз данных.

Возможности приложения «Менеджер репликации баз данных Well Tracking 2.0»:

• Во время процесса подготовки баз данных приложение следит за сохранностью структуры баз, предотвращая её несанкционированные изменения.
• Каждая база данных может иметь свою собственную систему координат. При репликации все геометрические данные проецируются в систему координат конечной базы.
• Если в каждой из баз данных содержится информация о пользователях системы и их паролях (или другая информация, часть которой является секретной), то возможно задание секретных полей как несинхронизуемых.
• При репликации базы данных из региона на центральный сервер возможно задание механизма проецирования текстовых данных с помощью регулярных выражений. Например, таким образом можно добавлять суффиксы для текстовых полей объектов, переходящих из какого-либо ПЕ для однозначной идентификации их источника (допустим, в филиале «Ф1» есть объект с текстовым полем – его названием: «Участок», тогда этот переходящий объект можно реплицировать в головной офис автоматически как «Участок (Ф1)»).
• При временном разрыве соединения с сервером базы данных во время процесса репликации операция автоматически будет продолжена с того же места после восстановления соединения, без необходимости перезапуска операции и приложения.
• Процесс репликации может быть остановлен в любой момент по требованию оператора. При повторном проведении репликации процедура будет выполняться уже с того места, где операция была остановлена.
• Репликация баз данных возможна как в одном, так и в двух направлениях (для одноранговых баз данных).
• Если в процессе автоматической подготовки баз к репликации выясняется, что она невозможна из-за того, что какие-либо пользователи блокируют базу, приложение выводит оператору список этих пользователей, и он может принять адекватное решение.
• Асинхронная репликация снимает нагрузку с сети во время активного пользования базами данных между процедурами проведения репликации.
• Репликация производится в режиме online, это позволяет избавиться от использования файлов и физических носителей для переноса изменений между базами данных.
• Во время проведения репликации сами базы данных работают в штатном режиме, то есть процедура репликации не вызовет неудобств у пользователей системы, к которой относятся базы данных, поскольку во время её выполнения они могут работать с ней в обычном режиме.
• Возможно решение конфликтов различного рода, в том числе в тех случаях, когда объект не может быть перенесён из одной базы данных в другую по причине того, что в последней уже есть другой объект с теми же значениями полей. В этом случае возможно объединение этих объектов в один или разделение с редактированием одного из них.
• Одна и та же база данных может содержать несколько наборов для репликации. То есть разные наборы её таблиц могут одновременно независимо реплицироваться с разными базами данных.
• Интуитивно понятный современный интерфейс приложения минимизирует количество действий, требуемых от оператора для проведения операций.
• Просмотр детализованного отчёта о выполнении всех операций и состоянии объектов на лету (с возможностью его сохранения в HTML), а также оценка оставшегося времени выполнения текущей процедуры репликации.
• Возможно задание в схемах репликации виртуальных баз данных (т.е. контролируемых полностью сторонними системами). Это позволяет интегрировать информационную систему, использующую реплицируемые базы данных, с другой информационной системой, базы данных которой имеют другую структуру и не могут быть обработаны штатным механизмом (при этом взаимодействие с механизмом репликации производится через API репликации, выполненное в виде COM Interoperability).

Модуль интеграции Well Tracking (WTIS)

По мере проникновения ГИС-технологий в современные процессы управления организациями все большее значение приобретают вопросы интеграции с уже существующими информационными системами. Поэтому «Дата Ист» разработала программный модуль WTIS, позволяющий обмениваться пространственной информацией по скважинам между базами данных Well Tracking и другими системами.

Well Tracking Interoperability Service (WTIS) является программным модулем, реализующим взаимодействие со средой приложения Well Tracking в виде набора COM объектов, поддерживающих COM Automation. Приложение, работающее с этим модулем, может быть любым программным решением, которое поддерживает COM Interoperability (в том числе скрипты на VBScript, JavaScript, Python и пр.). WTIS позволяет внешним приложениям получить доступ ко всем данным Well Tracking в структурированной объектной форме, полностью избавляющей от необходимости работы с базой данных Well Tracking напрямую.

Возможности этого модуля активно используются для интеграции Well Tracking с системой «БАСПРО». Программный комплекс «БАСПРО» предназначен для решения задач мониторинга разработки и геологического моделирования месторождений углеводородов, и предприятия нефтегазовой отрасли его активно используют уже на протяжении долгого времени. Для взаимодействия Well Tracking и БАСПРО был реализован специальный модуль, действующий по принципу автомата-конвейера и использующий возможности WTIS (рис. 8).

Рис. 8. Интеграция систем Well Tracking и «БАСПРО».

В автоматическом режиме из БД «БАСПРО» в БД Well Tracking передаются замеры инклинометрии, гироскопа, разбивки по пластам, введенные геологами. Из БД Well Tracking в «БАСПРО» передаются координаты устьев, координаты пластопересечений, удлиненный гироскоп. В целях осуществления контроля вводимой в «БАСПРО» информации эти данные загружаются через BIOS (средство администрирования «БАСПРО»). Все изменения в базе Well Tracking фиксируются в специальных журналах, представляющих собой связанные таблицы. Каждому введенному объекту присваивается уникальный идентификатор, позволяющий распознавать этот объект в соседней системе.

Все ошибки, возникающие при конвертации данных, заносятся в протокол для последующей обработки оператором интеграции. В таблице приведены примеры работы модуля интеграции.

В настоящее время модуль интеграции Well Tracking и «БАСПРО» проходит адаптацию на предприятии ОАО «ТНК-Нижневартовск». Устранение рисков при обмене данными позволит работать с геоданными по скважинам согласованно в обеих системах. Каждая из систем будет выполнять свой набор функций, и их совместная работа будет дополнять возможности друг друга, таким образом формируя некоторую общую информационную метасистему, автоматизирующую бизнес-процесс и уменьшающую человеческий фактор в ещё большей степени, чем каждая из интегрируемых систем в отдельности. Таким образом, модуль WTIS является одним из ключевых компонентов, входящих в инфраструктуру корпоративной ГИС.

Заключение

Эффективное управление пространственными данными на корпоративном уровне в настоящее время возможно только с применением ГИС-технологий. Холдинг ТНК-ВР активно использует в работе своих производственных служб настольные и серверные продукты компании ESRI. На базе технологий ESRI специалисты ТНК-ВР и «Дата Ист» разработали комплексный подход к решению масштабных производственных задач и осуществили внедрение системы Well Tracking, позволяющей управлять бизнес-процессами добывающих предприятий. Система позволяет не только создавать базы геоданных по скважинам, но и осуществлять обмен данными из различных источников как в пределах одной производственной единицы, так и в масштабах корпорации.

• В результате внедрения системы каждое добывающее предприятие корпорации получило единую внутреннюю базу геоданных, наполненную информацией, касающейся положения скважин, скорость обработки данных маркшейдерскими службами возросла в 4 раза. Единые методики расчетов, единый стандарт форматов данных, программная проверка входных данных позволили получить точную пространственную модель, которая исключает возникновение аварий в бурении, связанных с неверным представлением о пространственном положении траекторий стволов. Корпоративный центр компании получил целостную картину по скважинам всей компании.

Таким образом, система Well Tracking является готовым промышленным решением использования ГИС в нефтегазовой отрасли.