Подходы системной инженерии для создания IT-продукта интегрированной оценки стоимости скважин

Ю.В. Максимов, Г.В. Созоненко, к.э.н., А.А. Карачев, А.Н. Хомицкий, А.К. Березовский, С.В. Третьяков
ООО «Газпромнефть НТЦ»,ООО «Газпромнефть-Развитие»
Karachev.AA@gazpromneft-ntc.ru

Журнал «Нефтяное хозяйство»

В2014 г. в Научно-техническом центре «Газпромнефти» стартовал проект по разработке инструментов для прогнозирования стоимости скважин. Проект согласно подходам системной инженерии прошел следующие этапы по V-модели жизненного цикла: инженерия требований, функциональный дизайн, синтез, реализация, верификация и валидация (рис. 1).

30.PNG

Совместная работа технических специалистов по бурению, архитекторов информационных систем, программистов, специалистов бизнес-анализа позволила получить уникальный IT-продукт, который дает возможность проводить оценку стоимости скважин нефтегазового проекта на разных его этапах.
За время реализации проекта были собраны и структурированы базы данных для выполнения необходимых расчетов, созданы методологическая основа и алгоритмы расчета, созданы и апробированы прототипы расчетных модулей на базе Excel, разработана и протестирована информационная система (ИС) для расчета капитальных вложений в бурение – «Стоимостной инжиниринг Бурение» (СИБ).
Рассмотрим каждый этап жизненногоо цикла реализации данного проекта.

Инженерия требований 

В настоящее время на рынке представлено достаточно много специализированного программного обеспечения (ПО) инженерных расчетов в бурении. Однако число инструментов для корректной оценки стоимости скважин ограничено, кроме того, они требуют доработки. Возникает необходимость изменения продукта для нужд компании: корректного заполнения базы данных, достижения требуемого уровня детализации и функционала. Потребность компании в создании собственных автоматизированных продуктов является следствием движения компании в сторону цифровой трансформации и импортозамещения.
Создание собственного продукта определили следующие предпосылки:
– формирование в дочерних обществах (ДО) «Газпром нефти» единого подхода к оценке стоимости скважин, интегрированного в жизненный цикл месторождения;
– оптимизация концепции разработки месторождения за счет повышения оперативности и точности расчета затрат, повышения качества планирования;
– потребность в формировании единой базы данных с легким и быстрым доступом, возможностями интеграции с другими ИС.
– трудности применения существующего ПО (аналогов): • необходимость доработок в функционале;
• необходимость адаптации к подходам компании по требуемой точности оценки по этапам проекта;
• использование конфиденциальных данных по сервисным ставкам, результатам тендеров и наименованиям подрядчиков. ИС СИБ предлагает решения по оценке стоимости скважин для задач проектирования разработки месторождения на этапах: «Поиск», «Оценка», «Выбор».
Ключевыми показателями эффективности (КПЭ) проекта СИБ, установленными на старте проекта стейкхолдерами (заинтересованными сторонами), являются:
– увеличение точности оценки стоимости скважин в соответствии с этапом проекта, выдерживание нормативных отклонений;
– повышение оперативности технико-экономической оценки капитальных вложений в строительство скважин на этапах планирования и проектирования скважин на новых активах и проектах, снижение времени на расчет одного типа скважины в 2 раза;
– разработка и внедрение автоматизированного инструмента с вероятностным моделированием стоимости скважины;
– снижение экономических рисков, связанных с неопределенностью при формировании бюджета для строительства скважин, особенно на ранних этапах;
–  создание единой базы по ДО компании, включающей как технологические параметры для определения физических объемов строительства, так и удельные стоимостные показатели сервисных услуг;
– снижение трудозатрат специалистов на 60 % за счет автоматизации расчетов, а также возможность перебора большего числа вариантов по сравнению с ручным подходом. На этапе инженерии требований были:
– проанализирован опыт реализации инструментов по оценке стоимости скважин поставщиков программного оборудования;
– разработана концепция использование инструментов стоимостного инжиниринга;
– собраны требования стейкхолдеров к процессу оценки стоимости скважин;
– разработаны методики выполнения оценки стоимости;
– разработаны и протестированы прототипы инструментов оценки стоимости.

Функциональный дизайн 

На этапе разработки функционального дизайна: – построена концептуальная модель информационной системы;
– выполнено описание всех модулей ИС;
– сформированы функциональные требований к системе;
– разработана модель базы данных; – построена и наполнена база данных физических объемов строительства и удельных стоимостных показателей сервисных услуг;
– определена необходимость интеграции с другими ИС. В соответствии со стандартами «Газпром нефти» по оценке стоимости скважин были разработаны функциональный дизайн и функциональные требования к ИС СИБ, включающие три модуля.
1. Верхнеуровневая оценка стоимости (ВОС) для стадии «Поиск», основа – бенчмаркинг и ИС удельных показателей скважин «Церера» (оценка базируется на мнении экспертов и данных бенчмаркета, скважина рассматривается без детализации процесса ее бурения).
2. Поинтервальная оценка стоимости (ПОС) для стадий «Оценка» и «Выбор», основа – система мониторинга бурения (СМБ), ИС «Церера» и база договоров (укрупненный расчет исходя из базовых технических решений с допущениями и поинтервальной оценкой (по колоннам)).
3. Детализированная оценка стоимости (ДОС) для стадий «Оценка» и «Выбор», основа – СМБ, ИС «Церера» и база договоров (детализированный концептуальный расчет дизайна строительства скважины с учетом геологофизических характеристик месторождения и других исходных данных). Каждый модуль подразумевает определенных пользователей системы (рис. 2, а), которые и являются стейкхолдерами.

31.PNG

Синтез 

На данном этапе основная работа состояла во взаимодействии технических специалистов по бурению и IT-решениям: архитекторов, бизнес-аналитиков, программистов. Реализованы следующие действия: – составлены технический проект и архитектура системы; – проведена адаптация технических алгоритмов расчетов для программирования; – уточнены алгоритмы, реализованы рекомендации пользователей различных экспертных групп; – выполнена интеграция ИС ИСКРА (модуль «Кустование») с ИС СИБ, где реализована возможность расчета САРЕХ бурения рассматриваемого варианта кустования посредством стоимостных модулей ВОС и ПОС (проводится расчет каждой скважины проекта). На рис. 2, б представлена схема взаимодействия ИС СИБ с информационными системами – источниками данных, а также с интегрированными ИС.

Реализация 

Реализованная система представляет собой web-приложение. В проекте предусмотрена ролевая модель, которая разграничивает возможности пользователей. Так, администратор системы может просматривать и редактировать справочники, имеет доступ к настройкам системы, ко всем расчетам. Технический специалист может только выполнять расчеты и просматривать справочники.
На рис. 3 представлена схема расчета стоимости скважины по варианту ВОС. Пользователь вносит входные параметры в четыре сущности: «Главная», «Вышкомонтажные работы» (ВМР), «Бурение», «Освоение». По введенным данным система проводит поиск стоимости в базе данных. Далее с использованием результатов формируется заказ-наряд.
Для вариантов ПОС и ДОС выделены 13 разделов. На рис. 4 представлена схема расчета стоимости скважины по этим вариантам с отображением порядка расчета модулей и данных, которые вносит пользователь (добавлены блоком, выделенным штриховой линией).
Характеристики секций, буровых растворов, цементов, а также время строительства определяются по данным фактических скважин из ИС СМБ. Сначала выборка ограничивается соответствующими фильтрами, а затем выбираются наиболее часто встречаемые параметры.
Число и порядок расчета разделов для вариантов ДОС и ПОС аналогичны, но для ДОС используются другие алгоритмы расчетов и значительно расширены возможности пользователя. Основным отличием является то, что все шаги рассчитываются последовательно в интерактивном режиме. В модулях ВОС и ПОС процесс расчета скрыт от пользователя, он видит только окончательный результат. В варианте ДОС каждый раздел имеет страницу входных данных и страницу результатов расчета. После расчета пользователь может подкорректировать результаты. Однако для соблюдения требований безопасности предусмотрена проверка вводимых пользователем значений.
Для удобства работы с системой были реализованы различные средства визуализации, такие как таблица, двумерный и трехмерный графики, круговая, столбчатая диаграммы. Работа с большими объемами данных в ИС СИБ возможна с использованием ПО MS Excel. Например, для ввода траектории скважины достаточно экспортировать шаблон, скопировать в него данные и импортировать в систему.
Для анализа проведена интеграция с инструментом Qlik, с помощью которого можно просмотреть статистические данные по каким-либо месторождениям, годам, дочерним обществам. В дальнейшем можно сравнивать расчетные данные с фактическими, анализировать исторические данные.

Верификация и валидация 

В процессе выполнения этапа «Реализация» проведена стадия опытно промышленной эксплуатации (ОПЭ) системы с целью тестирования программного продукта рабочей группой на выявление ошибок, недочетов, замечаний, правильность выстраивания логики расчетов, корректность их выполнения. В ходе проведения стадии ОПЭ выполнялась оценка достижения проектом заявленных ранее бизнес-эффектов. Было проведено сравнение с бизнес-эффектами, установленными на старте проекта. Получены следующие результаты.
1. Отклонение капитальных вложений в строительство скважин (удельной стоимости скважины) на этапе «Реализация» от плановых, рассчитанных на этапах «Оценка», «Выбор» и «Определение», находится в пределах допустимых значений.
2. Для 20 % скважин, рассчитанных в ИТ-системе, стоимость строительства меньше, а отношение базовой стоимости к рассчитанной в ПО PI выше, чем стоимость, подобранная по месторождениям-аналогам (текущий способ оценки).

32.PNG

33.PNG

3. Увеличение скорости выполнения расчетов за счет автоматизации процессов по сравнению с ручными расчетами в Excel.
4. Повышение производительности при выполнении многовариативных расчетов. В ходе тестирования стадии ОПЭ для оценки первого бизнес-эффекта в ИС СИБ была рассчитана стоимость ГС, пробуренной на одном из месторождений «Газпром нефти» Х. Далее было проведено сравнение фактической и рассчитанной стоимостей, которое показало высокую сходимость результата: по методу ПОС – 14 %, по методу ДОС – 8 %.
Предпосылками к появлению второго бизнес-эффекта послужило то, что применяемый в настоящее время расчет стоимости по месторождениям-аналогам на этапах «Оценка» и «Выбор» (концептуальное проектирование разработки месторождения) не позволяет провести точную оценку требуемых затрат на строительство скважин, что может привести в некоторых случаях к отрицательному результату в разработке объектов из-за их нерентабельности. Программный продукт снижает риски принятия неверного решения путем детализированного расчета каждой технологии и скважины. Для оценки второго бизнес-эффекта была рассчитана стоимость скважины с подбором оптимальных технологических решений при строительстве, благодаря которым стоимость строительства скважины сократилась, а показатель PI улучшился (табл. 1).
Оптимизационные решения, улучшившие PI показателей, следующие:
1) изменение коэффициентов непроизводительного времени;
2) корректировка коэффициентов для расчета объемов буровых растворов и цементов;
3) использование альтернативного варианта проведения ГРП;
4) уменьшение числа центраторов;
5) сокращение времени освоения.

34.PNG

В настоящее время практика выполнения расчетов показывает, что время, необходимое для проведения одного расчета стоимости скважины в Excel, составляет примерно 4–5 ч. При увеличении объема базы данных наблюдается тенденция увеличения времени расчета за счет снижения быстродействия Excel. ИС СИБ позволяет повысить скорость выполнения расчетов, соответственно сократить временные затраты за счет автоматизации расчетов. В ходе оценки третьего бизнес-эффекта для расчета затраченного времени был выполнен типовой расчет стоимости ННС на одном из месторождений «Газпром нефти» в Excel и ПО СИБ. Временные затраты на выполнение расчета в ПО СИБ снизились в 3 раза – с 4 ч (формирование шаблона) +17 мин (расчет) до 1,2 ч (шаблон) + 6 мин (расчет).
Очень часто наряду с одиночными расчетами необходимо проведение значительного числа расчетов с различной вариативностью по входным параметрам, что приводит к снижению производительности работ специалиста, выполняющего расчеты в Excel, из-за большого числа обрабатываемой информации. ПО СИБ дает возможность проводить такое же число расчетов с более высокой производительностью и сокращением числа ошибок.
При оценке четвертого бизнес-эффекта был выполнен расчет матрицы вариантов, включающей 55 расчетов с различными изменяемыми параметрами, такими как: длина горизонтального участка, число стадий ГРП, количество проппанта, число суток бурения и др., в Excel и ПО СИБ (табл. 2). Результаты расчетов показывают значительное увеличение производительности ПО СИБ по сравнению с выполнением этих же работ в Excel. Таким образом, исходя из вышеизложенного ИС «Стоимостной инжиниринг Бурение» дает возможность выбора решений по расчету стоимости скважин на всех этапах проектирования месторождения и позволяет достичь:
1) максимального повышения точности оценки будущих капитальных вложений в строительство скважин в новых и крупных проектах, а следовательно, снижения риска принятия неэффективных технических и инвестиционных решений;
2) многовариантной проработки выбора необходимых геолого-технических и технологических параметров строительства скважин, при которых возможно достижение максимального инвестиционного эффекта;

35.PNG 
3) минимизации времени расчета стоимости строительства скважины за счет полной автоматизации процессов;
4) сокращения времени на дополнительные расчеты стоимости скважин по причине некорректности данных за счет формирования единой базы данных и автоматизации процессов;
5) качественной оценки эффективности применения новых технологических решений при расчете стоимости строительства скважины для принятия оптимального управленческого решения. 
Применение практик системной инженерии при реализации проекта «Стоимостной инжиниринг Бурение» дало возможность эффективно пройти основные этапы IT-проекта и создать уникальный продукт по интегрированной оценке стоимости скважины.

Перспективы 

С начала 2020 г. стартует новый этап ИС СИБ – «Развитие ИС СИБ». Проект входит в IT-стратегию цифровой трансформации Функции бурения и ВСР на 2020–2022 гг. Основными задачами являются: интеграция ИС «Стоимостной инжиниринг Бурение» в систему Концептуального инжиниринга «Газпром нефти»; повышение детализации входных данных и глубины существующих функциональных возможностей системы; разработка нового функционала матричной системы оценки стоимости строительства скважин под диапазоны изменяемых условий; расширение организационного объема по проекту. Реализация данного этапа позволит улучшить функционал действительно уникального продукта, отвечающего современным трендам развития и потребностям компании «Газпром нефть».

Список литературы 

1. Стоимостной инжиниринг в бурении: создание прототипа программного комплекса по оценке стоимости скважины и его возможности/ И.Ф. Рустамов, А.О. Соболев, Г.В. Созоненко [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 12. – C. 24 – 27
2. Подходы и инструменты для оценки стоимости скважин в ПАО «Газпром нефть» / С. Третьяков, Ю. Максимов, А. Соболев [и др.] // SPE-191641- 18RPTC-RU. – 2018.
3. Технико-экономическая оптимизация кустования скважин при интегрированном концептуальном проектировании / А.Ф. Можчиль, С.В. Третьяков, Д.Е. Дмитриев [и др.] // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 4. – С. 126-129. 

References 

1. Rustamov I.F., Sobolev A.O., Sozonenko G.V. et al., Developing software prototype for well cost estimation and its ability (In Russ.), Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, 2016, no. 12, pp. 24 – 27
2. Tret'yakov S., Maksimov Yu., Sobolev A. et al., Approaches and instruments for well cost estimation at PJSC Gazprom Neft (In Russ.), SPE-191641-18RPTC-RU, 2018.
3. Mozhchil A.F.,Tret'yakov S.V., Dmitriev D.E., Gil'mutdinova N.Z. et al., Technical and economic optimization of well pads calculation at the stage of integrated conceptual design (In Russ.), Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, 2016, no. 4, pp. 126–129. 

Возврат к списку