Digital Well Planning: Next Generation Workflow

Abstract

Petroleumsnæringen er inne i en periode med høyt fokus på digitalisering og automatisering. Dette fokuset er spesielt drevet av en ambisjon om å redusere kostnader, effektivisere drift og øke sikkerheten. Flere nye programvareløsninger eksisterer allerede, med et særlig fokus på å automatisere riggutstyr. Prosessen med å planlegge brønner er imidlertid fortsatt menneskedrevet med begrenset automatisering. Forskningen utført i denne oppgaven bygger på prinsipper introdusert i Ph.d.-avhandlingen "Framework for automated well planning and Digital Well Management" fra 2020 av Bjørn Astor Brechan. Denne doktorgraden skisserer en modell for brønnplanlegging og støtte kalt Life Cycle Well Integrity Model (LCWIM). Modellen er en ny tilnærming til integrering av digital brønnplanlegging, i alle aspekter av brønnplanleggingsfasen.

En genererisk detaljert operasjonsprosedyre (DOP) for boring av en 17 1/2" seksjon ble digitalisert høsten 2021, og resultatet ble en digital detaljert operasjonsprosedyre (DDOP). DDOP-en ble utviklet ved bruk av prinsippene i LCWIM, og var det første trinnet i å utvikle et programvareverktøy for helautomatisk brønnplanlegging. Forskningen i oppgaven er en viderføring av dette arbeidet, med fokus på utvikling av programvare for å lage DDOP-er med kapasitet til å utføre automatisert ingeniørarbeid. Denne programvaren kalles Well Planning Software (WPS). Omfanget av forskingen og programvaren er å bevise ulike konsepter i LCWIM. Et konsept i LCWIM er det som kalles event manager. Event manager kan sammenlignes med et høynivåprogram i digitalt format som binder sammen all informasjon som kreves for brønnplanlegging og drift. DDOP-er kan derfor sees på som et undernivå av event manager.

Den største delen av oppgaven bestod av å utvikle programvaren samt prosessen med å lære seg og utvikle de riktige programmeringsmetodene. WPS demonstrerer en effektiv og smidig måte å planlegge en brønn på, og beviser ulike konserter fra LCWIM. Den gjør det mulig å justere generiske DDOP-er for å passe hvert enkelt felt, og integrerer flere avspekter ved plannlegging inkludert ingeniørarbeid, riggautomatisering, kontrakter og utstyr. Ved å la fleksible planer digitaliseres, kan disse sees på som en digital erfaring som automatisk kan brukes i etterfølgende planlegging og drift. WPS ble utviklet med fokus på automatisert ingeniørarbeid og riggautomatisering, for å skape en direkte kobling mellom planlegging og drift. WPS gjør at konstruerte DDOP-er er i et format som er lesbart både for mennesker og for programvare. Dette muliggjør automatisert konstruksjon og automatisering av riggutsyr i operasjoner.

I utviklingen av WPS-prototypen ble det identifisert flere forbedringer av LCWIM-konseptet, og flere forslag for fremtidig utvikling av programvaren. WPS må inkludere andre deler av plannleggingsfasen, samt støtte andre disipliner i hele livssyklusen til en brønn for å se og bevise LCWIM-konseptes fulle potensial. WPS trenger også støtte for å implementere digitale erfaringer, og dette sees på som et nøkkelaspekt for videre utvikling. De nåværende ingeniør- og automasjonsmodulene trenger forbedringer for å kunne tilby et program klart til bruk i industrien. Til slutt må programvaren ta i bruk "smart" funksjonalitet for å minimere den menneskelige interaksjonen som behøves for å kjøre programmet.

The petroleum industry is in a period with high focus on digitalization and automation. This focus is driven by an ambition to reduce costs, make operations more efficient and enhance safety. Several new software solutions have already been launched, with a particular focus on automating rig equipment. However, the process of planning wells is still manual, i.e., human-driven with limited automation. The research conducted in this thesis builds on principles introduced in the PhD thesis ”Framework for automated well planning and Digital Well Management” from 2020 by Bjørn Astor Brechan. This PhD outlines a model for well planning and support called Life Cycle Well Integrity Model (LCWIM). The model is a new approach to digital well planning integrating all aspects in well planning.

In the fall of 2021, a generic detailed operational procedure (DOP) for drilling a 17 1/2” section was digitalized, and the result was a digital detailed operational procedure (DDOP). The DDOP was built using the principles in the LCWIM, and it was the first step in developing a software tool for fully automated support of well planning. The research in thesis is a continuation of this work, with focus on developing a software for creating DDOPs with capacity to perform automated engineering. This software is called Well Planning Software (WPS) and the scope of the research and software was to prove various concepts in the LCWIM. A concept in the LCWIM is the event manager. It can be compared to a high-level program on a digital format that ties together all information required for well planning and operations. The DDOP can therefore be viewed as a sub-level to the event manager.

The majority of the work conducted throughout this thesis was used to develop the software and the process of learning and developing the right programming solutions. The WPS demonstrates an effective and agile way of well planning, proving various concepts from the LCWIM. It enables generic DDOPs to be adjusted to suit each individual field and integrates multiple aspects of planning, including engineering, rig automation, contracts and equipment. By allowing agile plans to be digitalized, these can be looked upon as a digital experience, which can automatically be used in subsequent planning and operations. The WPS was developed with focus on automated engineering and rig automation, to create a direct link between planning and operations. The WPS allows DDOPs to be made in a format readable for both humans and software, enabling automated engineering and automation of rig equipment in operations.

During the development of the WPS prototype, it was identified several improvements to the LCWIM concept and there are multiple proposals by the authors for future development of the software. The WPS needs to include other parts of planning, as well as support for other disciplines of the well life cycle to see more in detail and prove the impact of the LCWIM concept. Moreover, incorporating digital experiences into the WPS is viewed as a key aspect in further development. The current engineering and automation modules need improvements to be able to provide a program ready to be used in the industry. Finally, the software needs to adopt ”smart” functionality to minimize the human interaction needed to run the program.