Система оперативного контроля и анализа процесса строительства скважин
OPERATIONAL MONITORING AND ANALYSIS SYSTEM OF WELLS CONSTRUCTION PROCESS

Система оперативного контроля и анализа процесса строительства скважин предназначена для контроля и анализа строительства скважины.
Система представляет собой инструмент, предоставляющий пользователю возможность получения оперативной и достоверной информации о ходе строительства скважины посредством веб-приложения.
Изобретение относится к области вычислительной техники, применяемой в нефтяной промышленности, а именно к информационным системам автоматизации управления нефтедобывающего предприятия.
Строительство скважины - процесс трудоемкий и материально затратный. Получение оперативной информации по технологическим параметрам строительства скважины играет важную роль в плане осуществления производственного контроля и, как следствие, предупреждения возможных инцидентов при проведении работ.
В качестве прототипа выбрана система мониторинга технологических параметров в процессе цементирования скважин (патент РФ на полезную модель №137839). Полезная модель предназначена для оперативного контроля производственного процесса, проведения аналитической работы и передачи проанализированной информации во внешние информационные системы. В ней решается задача создания системы мониторинга технологических параметров в процессе цементирования скважин путем организации системы мониторинга и контроля цементирования в реальном масштабе времени, визуализации полученных данных. Однако прототип не позволяет визуализировать траекторию строящейся скважины, сообщать об опасных сближениях с соседними скважинами.
Задача, на решение которой направлено изобретение, создание системы, позволяющей предоставить пользователю достоверную информацию о ходе строительства скважины.
Технический результат изобретения заключается в визуализации траектории бурящейся скважины в предупреждение возможных инцидентов при проводке траектории скважины, формировании аналитического паспорта оборудования и оценке динамики изменения его технических параметров.
Поставленная задача решается тем, что система оперативного контроля и анализа процесса строительства скважин, включающая блок сбора и передачи данных, блок ввода данных, базу данных, блок администрирования, блок визуализации, модуль загрузки, состоящий из блока загрузки данных инклинометрии, блока загрузки данных исследований скважины, блока загрузки топографической информации по скважине, согласно изобретению дополнительно содержит модуль расчета траектории и модуль контроля нарушений, причем модуль расчета траектории включает блок расчета проекции траектории скважины, блок расчета плана траектории скважины, блок расчета 3D траектории скважины, а модуль контроля нарушений включает блок контроля сближений траекторий нагнетательной и добывающей скважин, блок контроля допуска и блок контроля сближений траекторий с соседними скважинами, при этом блок сбора и передачи данных односторонней связью соединен с блоком ввода данных, блок ввода данных односторонней связью соединен с модулем загрузки, модуль загрузки односторонней связью соединен с базой данных, блок администрирования односторонней связью соединен с базой данных, база данных односторонней связью соединена с модулем расчета траектории, модуль расчета траектории односторонней связью соединен с модулем контроля нарушений, модуль контроля нарушений односторонней связью соединен с модулем визуализации, модуль расчета траектории односторонней связью соединен с модулем визуализации.
Описанная система показана на фиг. 1 и включает:
1. Блок сбора и передачи данных;
2. Блок ввода данных;
3. Модуль загрузки;
3.1. Блок загрузки данных инклинометрии;
3.2. Блок загрузки данных исследований скважины;
3.3. Блок загрузки топографической информации по скважине;
4. Блок администрирования;
5. База данных;
6. Модуль расчета траектории;
6.1. Блок расчета проекции траектории скважины;
6.2. Блок расчета плана траектории скважины;
6.3. Блок расчета 3D траектории скважины;
7. Модуль контроля нарушений;
7.1. Блок контроля сближений траекторий нагнетательной и добывающей скважин;
7.2. Блок контроля допуска;
7.3. Блок контроля сближений траекторий с соседними парами скважин;
8. Модуль визуализации данных.
Блок сбора и передачи данных (1) подразумевает сбор информации с датчиков и передачу информации для заведения в систему.
Блок ввода данных (2) предназначен для загрузки информации в базу данных (5), представлен модулем загрузки (3) и состоит из трех блоков:
- Блок загрузки данных инклинометрии (3.1) подразумевает загрузку данных инклинометрии (точка замера, зенитный угол, азимут), метки глубины установки башмаков колонн, метку точки входа в продуктивный пласт. Данные загружаются в формате Excel, в виде стандартной таблицы;
- Блок загрузки данных исследований скважины (3.2) подразумевает загрузку данных геофизических исследований. Формат предоставления и загрузки данных las-файл;
- Блок загрузки топографической информации по скважине (3.3). Функционал блока предназначен для ввода информации по скважине: номер скважины, наименования месторождения, площади, информации о заказчике, альтитуды стола ротора, координат устья, дирекционного угла. Данная информация необходима для идентификации информации и используется при расчетах траектории.
Блок администрирования (4) предназначен для заведения/отключения пользователей, разделения пользователей на группы, предоставление прав доступа к определенной информации.
База данных (5) (БД) хранит всю информацию, используемую для обеспечения функционирования модулей системы.
Модуль расчета траектории (6) состоит из блоков:
- Блок расчета проекции траектории скважины (6.1). Данный блок содержит алгоритм, обеспечивающий на основе данных, содержащихся в БД (5), расчет и построение траектории бурящейся скважины в проекции на вертикальную плоскость;
- Блок расчета плана траектории скважины (6.2) содержит алгоритм, обеспечивающий на основе данных содержащихся в БД (5), расчет и построение траектории бурящейся скважины в проекции на горизонтальную плоскость;
- Блок расчета 3D траектории скважины (6.3) содержит алгоритм, обеспечивающий на основе данных, содержащихся в БД (5), расчет и построение траектории бурящейся скважины в формате 3D.
Для осуществления контроля соблюдения технологических норм при проводке траектории скважины разработан модуль контроля нарушений (7), состоящий из трех блоков:
- Блок контроля сближений траекторий нагнетательной и добывающей скважины (7.1). Алгоритм расчета расстояний между стволами добывающей и нагнетательной скважин, находящихся друг над другом, позволяет вести дифференцированный контроль расхождений траекторий скважин в горизонтальной проекции (плане) и вертикальной (профиле) в соответствии с РД 153-39.0-870-14 «Регламент бурения и крепления скважин с горизонтальным окончанием ствола на залежах сверхвязкой нефти». В процессе бурения горизонтальной секции нагнетательной скважины о сближении/расхождении траекторий стволов нагнетательной и добывающей скважины сигнализируется проставлением метки на траектории при достижении максимально допустимых пределов величин расстояний между стволами.
- Блок контроля допуска (7.2) представлен алгоритмом расчета отклонения от заданной траектории в пределах, превышающих коридор допуска как по вертикали, так и по горизонтали. В процессе бурения горизонтальной секции добывающей и пароциклической скважин информирование об отклонении от проектной траектории вправо/влево на предельно допустимую величину осуществляется проставлением на траектории соответствующей метки.
В процессе бурения горизонтальной секции нагнетательной скважины сигнализирование об отклонении от проектной траектории вправо/влево на предельно допустимую величину осуществляется проставлением на траектории соответствующей метки.
В процессе бурения горизонтальной секции добывающей, нагнетательной или пароциклической скважины о выходе за коридор допуска сигнализируется проставлением на траектории соответствующей метки.
- Блок контроля сближения траекторий с соседними парами скважин (7.3) представляет алгоритм расчета расстояний от точки бурящейся скважины до проекции точки на траекторию уже пробуренной скважины в рамках круга допуска.
Модуль визуализации данных (8) представляет собой веб-приложение предоставления данных в рамках реализованного функционала, описанного выше.
Система функционирует следующим образом.
В процессе бурения скважины телеметрические системы, включаемые в состав компоновки низа бурильной колонны и располагающиеся непосредственно над забоем, регистрируют инклинометрические данные (азимут, зенитный угол, глубину), а также данные геофизических исследований при наличии в составе телесистемы датчика регистрации значений гамма, излучения пород или при наличии наддолотного датчика регистрации значений гамма, излучения пород (блок сбора и передачи данных (1)). Данные поступают на ПК оператора. Оператор производит интерпретацию данных и посредством блока ввода данных (2) вводит информацию в систему. Инклинометрическая информация (проектные данные ствола и фактические с телесиситемы) загружается блоком загрузки данных инклинометрии (3.1). С помощью блока (3.2) загружаются данные геофизических исследований, и для идентификации объекта с помощью блока (3.3) загружается топографическая информация. Вся информация сохраняется в многомерной базе данных (5). На основании этих данных с помощью утвержденных алгоритмов расчета в режиме он-лайн производится расчет фактической траектории бурящейся скважины. Траектория скважины рассчитывается и визуализируется в виде проекции на вертикальную плоскость (блок (6.1)), на горизонтальную плоскость (блок (6.2.)), в виде 3D модели (блок (6.3.)). Все объекты контроля структурируются по заказчику, площади и номеру скважины. Блок администрирования (4) предусматривает возможность создания ролей и прав доступа в зависимости от организационной и другой принадлежности пользователя.
Данные расчета траектории поступают на модуль контроля нарушений. Далее с помощью заложенных математических расчетов и алгоритмов осуществляется:
- контроль сближений/расхождений фактических траекторий скважин при бурении парных скважин (добывающая/нагнетательная) в пределах допустимых значений (блок (7.1.));
- контроль выхода траектории скважины из коридора допуска относительно проектной траектории (блок (7.2.));
- контроль сближения фактической траектории скважины со стволами соседних скважин с целью предотвращения их пересечения (блок (7.3.)).
Рассчитанные данные визуализируется с помощью модуля (8). Модуль позволяет формировать и выводить на печать отчеты о результатах.
Система позволяет получить доступ к вышеперечисленной информации без установки специального программного обеспечения на ПК посредством веб-приложения через корпоративную сеть или сеть internet.
Приложение построено на платформе J2EE, которая является промышленной технологией и в основном используется в высокопроизводительных проектах, в которых необходима надежность, масштабируемость, гибкость.
Система представлена трехуровневой архитектурой веб-приложения, состоящей из клиентской и серверных частей бизнес логики и БД:
- Серверный слой базы данных представляет собой базу данных хранения телеметрической информации и справочной информации, основанных на системе управления базами данных Oracle Database;
- Серверный слой бизнес логики представляет собой разработанные пакеты классов на языке программирования Java с функционалом произведения расчетов траектории скважин и других функций, развернутые на Сервере приложений Oracle Glassfish;
Интерфейсом взаимодействия клиентской части с серверной является реализация технологии RESTfull Service. Взаимодействие прикладного уровня с данными БД осуществляется через ORM JPA (TopLink). Логические модели системы реализованы компонентами EJB.
Так как все вычисления реализованы на серверной части и пользователь получает только результаты расчетов, то:
- не предъявляются высокие требования к компьютеру пользователя;
- сокращается время передачи информации от сервера к клиентской части.
В итоге работы системы пользователь имеет следующие возможности:
- в оперативном режиме получать и визуализировать в вэб-приложении траекторию бурящейся скважины на основе инклинометрических данных;
- предупреждать возможные инциденты при проводке траектории скважины (выход за коридор допуска, расхождение/сближение стволов скважин);
- просматривать историческую информацию по профилю скважины;
- повысить качество производственного контроля, как следствие снижение брака при проводке скважин;
- повысить качество информации о производственном контроле.