Geoinformation technologies for oil and gas industry

Геоинформационные системы для нефтяных компаний

Эффективный бизнес сегодня немыслим без компьютерных систем, умеющих гораздо лучше людей хранить и обрабатывать информацию об объектах и процессах бизнеса. Правильно построенная информационная система может быть для предприятия не менее ценна, чем капитальные составляющие производственной инфраструктуры.
Геоинформационные системы (ГИС) – одно из направлений информационной технологии, ориентированное на работу с информацией, имеющей географическую привязку. Поскольку практически вся информация об объектах деятельности нефтегазовых компаний обладает этим свойством, геоинформационные системы все шире применяются в данной отрасли. Этому также способствуют качественный рост производительности компьютеров, снижение стоимости хранения данных и развитие технологий проектирования информационных систем. Все вместе это позволяет решать ранее недоступные задачи с учетом пространственной информации.

В нефтегазовой отрасли ГИС используются давно. Это инструментом номер один для геологов и экологов. Например, Геологическая служба США USGS – один из крупнейших потребителей коммерческого программного обеспечения ГИС. Похожая ситуация имеет место и в России. А для компании ESRI – лидера в разработке этого ПО – группа пользователей из нефтегазового сектора является самой большой и влиятельной.
Пространственная информация – это не только залежи полезных ископаемых и географические карты. В действительности, значительная часть (если не вся) информация об активах и объектах деятельности нефтегазовых компаний, имеет пространственную привязку – от керна из отдельной скважины до точек сбыта готовой продукции, от лицензионных участков до областей дифференциации маркетинговой политики. Сегодня ведущие разработчики систем управления базами данных (СУБД), такие как Oracle, IBM, Informix и др. признают, что пространственные данные – важный вид информации, с которым должны уметь работать системы корпоративного уровня. Поддержка этого вида  данных уже реализована в их продуктах.

Геоинформационная система – это не просто карта на экране компьютера, как кажется на первый взгляд. В действительности, это средство картографической визуализации самой разной информации, а также анализа данных, основанного на пространственном распределении объектов и процессов. Создание средств централизованного хранения пространственных данных и многопользовательского доступа позволило ведущим разработчикам программного обеспечения ГИС вывести эту технологию на корпоративный уровень и предложить возможность интеграции практически любых данных и служб крупных вертикально-интегрированных компаний на основе пространственного положения объектов учета и управления.

Применение ГИС в нефтегазовой отрасли очень разнообразно. Вот некоторые крупные направления:
– геология, разведка и управление эксплуатацией месторождений
– мониторинг и пространственный анализ динамики и оптимизация добычи
– управление лицензиями, землеотводами, экологическими платежами
– планирование перевозок и управление парком транспортных средств
– конкурентный анализ зон сбыта и оптимизация системы распределения
– оценка внутренней конкуренции в холдинговых компаниях, планирование развития
– оперативное управление и оценка экологического ущерба в чрезвычайных ситуациях

Часто возникает вопрос "каким образом столь универсальная технология может быть одновременно и столь эффективной во всех называемых областях применения?". Ответ: точно таким же, как и стандартные системы управления базами данных. Приставка "гео-" просто говорит о том, что теперь эти СУБД хранят пространственные данные, а пользователи получают новые возможности, не достижимые без пространственного аспекта. И это не просто количественный рост возможностей, а качественный скачок.
Рассмотрим более подробно применение геоинформационных систем в нефтегазовой отрасли.

Геологи и маркшейдеры давно применяют ГИС, поскольку их деятельность так или иначе связана с картами. Геоинформационные системы позволяют мгновенно получать карты любого содержания и вида, в то время как традиционное картосоставление и печать карт занимают, как минимум, многие дни. Более важно даже не это, а то, что электронные карты могут содержать помимо статичных топографических данных также и результаты пространственного анализа, проведенного только что в той же среде, в которой создаются карты. Взяв цифровые карты с топографической и геологической информацией, аэрофотоснимки, географически привязанные сейсмопрофили и другие данные, с помощью полнофункциональной ГИС типа ArcInfo специалист может в течение дня провести анализ большой территории на нефтегазоносность, оценить запасы и подготовить материал для принятия решения. Таким образом, геоинформационная технология – позволяет создавать новую информацию на основе имеющихся данных, с картографическим представлением результатов, значительно сокращая время поиска и оценки перспективных участков.

Разработка месторождения – дело не дешевое, и оптимизация этого процесса может принести значительную выгоду предприятию. Геоинформационные системы могут находить наилучшие точки для размещения скважин и строить сеть связывающих их дорог, рассчитывать стоимость их прокладки и величины платежей государству за пользование территорией и ущерб ландшафту от разработки. Важно, что ГИС могут не просто рассчитать эти величины, а минимизировать их за счет учета множества факторов: мест нахождения лесов и особо охраняемых территорий, водных объектов, видов грунтов, возможной близости к населенным пунктам и уже существующим объектам инфраструктуры. Таким образом, геоинформационные системы помогают спланировать разработку месторождения оптимальным образом и, благодаря быстроте оценки большого количества факторов, оперативно корректировать планы в случае каких-то изменений.
Сегодня все развитые ГИС-пакеты включают средства трехмерного отображения. Наиболее продвинутые позволяют не просто увидеть перспективный вид поверхности, но также создать трехмерную сцену, включающую над- и под-поверхностные объекты. Используя инклинометрию и координаты устья скважины, можно восстановить ее пространственный ход и отобразить его в трехмерной сцене совместно с картой, космическими снимками и другими объектами. Можно увидеть, как проходят в подземном пространстве стволы множества скважин, где они пересекают те или иные пласты, достигают нефтегазоносных горизонтов и т.д. По данным каротажа можно восстановить трехмерную картину залежей, что существенно облегчают задачу планирования и мониторинга разработки месторождения. Совместное использование универсальных ГИС-пакетов типа ArcGIS с геологическими и другими специальными приложениями позволяет "творить чудеса" на обычных персональных компьютерах, причем за существенно меньшие деньги, нежели комнаты виртуальной реальности, бывшие недавно единственным средством "погружения" в недра.

Очень важным компонентом геоинформационных систем являются средства анализа измерений и восстановления по ним пространственной картины различных явлений. Появившиеся недавно средства анимации в ГИС позволяют показывать эти явления в динамике. Применение этих средств – мониторинг динамических пространственно-распределенных процессов. Вот хороший пример: типичным способом повышения нефтеотдачи месторождения является закачка воды в нефтеносный пласт. Чтобы продуктивные скважины не начали преждевременно давать одну воду, необходимо постоянно следить за движением фронта обводнения и своевременно корректировать точки и объемы подачи воды. Важно отслеживать процесс в динамике, и анимация тут полезна. По результатам опробования скважин и постоянных измерений состава добываемой смеси средствами интерполяции в ГИС восстанавливается пространственная картина обводнения. А средства анимации позволяют показать изменения этой картины во времени. Таким образом, специалисты получают очень наглядное представление процесса, и могут действовать наиболее точно и эффективно. Результат – наиболее полное извлечение запасов при минимизации затрат на повышение нефтеотдачи.
Управление производственной инфраструктурой и промышленными объектами обычно осуществляется с помощью специальных информационных систем (EAM, ERP). Поскольку объекты крупных компаний часто разбросаны по достаточно большим территориям (в том числе и за границей), сочетание учетных функций этих систем с информацией о географическом положении в ГИС позволяет менеджерам гораздо точнее и полнее видеть картину производственных ресурсов как в целом, так и по отдельности. Для связи ГИС с такими системами используются как стандарты взаимодействия информационных систем, так и специальные модули связи (например, модуль связи SAP R/3 и ArcView GIS). Разработчики ИТ-департаментов нефтяных компаний также активно занимаются интеграцией доступа к тем и другим системам в приложениях пользователей. Доступ из среды ГИС к учетной информации позволяет специалистам видеть и оценивать взаимодействие производственных (внутренних) и природных (внешних) факторов. Например, для российского севера актуален мониторинг растопления вечной мерзлоты в результате производственной деятельности. На равнинных территориях фактором риска является подтопление трубопроводов и других объектов вследствие нарушения поверхностного стока при их строительстве. Геоинформационные системы позволяют обнаруживать проблемные участки и идентифицировать подверженные риску объекты.
Планирование сбыта – область, где ГИС могут самым непосредственным образом показать высокую отдачу от инвестиций в эту технологию. Размещение точек розничных продаж и распределительных нефтебаз должно основываться на анализе пространственного распределения действующих и потенциальных потребителей с учетом объектов сбыта конкурентов. "Ручными" методами оптимальное решение практически невозможно, ибо анализироваться должно сразу несколько факторов, неравномерно распределенных по территории. Например, для размещения бензозаправки нужно учитывать сразу и плотность населения, и уровень автомобилизации, и налоговый режим, и цену на землю, и удаленность от нефтебаз-поставщиков и другие факторы. Каждый показатель образует свою стоимостную поверхность, а их взвешенная функция – общую поверхность предпочтений, вершины "холмов" которой указывают места, наиболее благоприятные для размещения новой точки сбыта. Это именно те места, где будет сочетаться высокий спрос и низкие затраты на строительство и/или эксплуатацию.

Другой хороший пример – оптимизация зон обслуживания нефтебаз и маршрутов доставки нефтепродуктов. Опыт нашей компании показал, например, что типична ситуация неравномерной нагрузки, когда одни нефтебазы перегружены, а другие работают почти вхолостую. Перераспределение их потребителей позволяет выровнять нагрузку и даже уменьшить необходимое число нефтебаз. В сочетании с оптимизацией маршрутов доставки можно получить экономию в 20-30% при сохранении и сокращении среднего времени доставки. Поскольку потребительская ситуация меняется со временем (появляются новые потребители, конкуренты, меняется дорожная сеть и другие факторы), периодический анализ оптимальности сбытовой сети в ГИС позволяет ее своевременно корректировать и поддерживать на уровне наибольшей рентабельности.

С доставкой нефтепродуктов связана еще одна интересная задача – слежение в реальном времени за движением грузов и транспортных средств и их диспетчеризация. Помимо удовлетворения естественной потребности знать где что находится, слежение обычно дает и заметный экономический эффект за счет психологического фактора: водители реже отклоняются от предписанных маршрутов и вообще ведут себя более дисциплинированно. Запись траекторий движения позволяет в дальнейшем проигрывать реальные ситуации, что бывает полезно при анализе нештатных ситуаций, а также для оптимизации маршрутов и графиков движения.

Средства многофакторного анализа в ГИС включают не только поиск оптимальных точек размещения объектов, но и поиск оптимальных траекторий между двумя точками на местности. Эта функция широко используется при проектировании дорог и трубопроводов. Могут учитываться любые пространственно-распределенные факторы: рельеф, растительность, грунты, водоемы, населенные пункты, дороги и т.д. Система сама найдет оптимальный способ обхода закрытых территорий и/или проведет маршрут по указанным обязательным точкам. В результате анализа всех факторов система предложит одну или несколько ниток оптимального маршрута и коридор, отклонения в пределах которого не превысят стоимость на заданную величину.

В конце этого вводного обзора ГИС-технологии для нефтегазовой отрасли нельзя не упомянуть средства публикации карт в Интернете и интранете, а также появившуюся недавно архитектуру серверных геоинформационных систем ArcGIS Server. Эта технология позволяет размещать ГИС-приложения на сервере и использовать стандартный веб-браузер в качестве интерфейса для взаимодействия пользователя с геоинформационной системой. Прелесть такого подхода в том, что на компьютеры пользователей не нужно устанавливать никакого программного обеспечения ГИС (достаточно операционной системы и браузера), а доступ к ней возможен из любой точки, где есть Интернет (интранет). Информационная безопасность такой распределенной системы обеспечивается стандартными средствами разграничения доступа и шифрования данных. С предложением ведущих мировых поставщиков ГИС средств для построения таких систем многие нефтяные (и не только) компании России стали активно внедрять у себя эту технологию. Преимущества ее очевидны: значительно упрощается администрирование системы в целом, расширяется круг пользователей (главным образом за счет менеджеров и других специалистов, не являющихся ГИС-профессионалами), а руководство компании получает легкое в использовании средство наглядного картографического представления текущей ситуации и результатов деятельности предприятий прямо на своем компьютере.

Наконец, нельзя обойти вниманием такое важное направление развития геоинформационных систем, как инфраструктуры пространственных данных (ИПД). Потребность в их создании и развитии обусловлена ростом объемов пространственных данных и количеством заинтересованных в их использовании лиц. Отличие инфраструктуры от любой, самой сложной информационной системы в том, что она ориентирована не на решение конкретных прикладных задач, а создает среду и условия для взаимодействия информационных систем. ИПД является совокупностью организационных мер и технических решений, направленных на создание среды обмена данными, связывание информационных систем на основе стандартов, предоставление информационного сервиса как конечным пользователям, так и приложениям-клиентам. Разработкой спецификаций ИПД занимаются такие авторитетные организации как ISO, консорциум OGC, национальные органы стандартизации многих стран. Компания ESRI активно участвует в этом процессе (один из ведущих членов OGC) и реализует эти спецификации в семействе продуктов ArcGIS.

Резюмируя сказанное выше, хочу отметить, что благодаря возможностям интеграции различных данных и систем, развитым средствам анализа и визуализации, геоинформационная технология имеет серьезный потенциал повышения эффективности деятельности компаний нефтегазовой отрасли. Сокращение сроков подготовки решений, их оптимизация за счет учета множества факторов позволяют ускорить возврат инвестиций и во многих случаях снизить общую стоимость владения бизнесом. Так же как и любая другая информационная технология, ГИС – не панацея, и существенный эффект достигается только при грамотном проектировании и системном использовании. Чем больше вы ее используйте, тем больше вы от нее выигрываете.