Работа со скважинами предъявляет высокие требования не только к оборудованию, но и к программному обеспечению. Оно должно стабильно работать при нестабильной связи, поддерживать оборудование разных производителей, безопасно передавать данные и помогать инженерам принимать решения на основе актуальной информации.
В этом кейсе рассказываем, как совместная команда специалистов заказчика и True Engineering разработали систему удаленного мониторинга и управления нефтяными скважинами.
Предпосылки проекта
Компания-заказчик оказывает нефтесервисные услуги нефтедобывающим предприятиям. Специалисты анализируют работу скважин, помогают оптимизировать добычу и предотвращать аварийные ситуации. Для этого важно постоянно контролировать состояние оборудования и при необходимости менять его настройки. Работа с оборудованием скважин была возможна только непосредственно на объекте: его эксплуатация предполагает регулярные корректировки параметров под меняющиеся условия. Чтобы отказаться от постоянных выездов специалистов и централизовать работу со скважинами, совместная команда заказчика и True Engineering разработала систему удаленного мониторинга и управления оборудованием.
Интеграция с промышленным оборудованием
Первой задачей проекта стала интеграция системы с оборудованием, которое уже использовалось на месторождениях. Нужно было обеспечить совместимость с контроллерами разных производителей, надежную передачу данных и возможность удаленно управлять оборудованием без изменения существующей инфраструктуры.
Как мы организовали взаимодействие с оборудованием
Для обмена данными между контроллерами станций и централизованной платформой мы использовали edge-устройства. Они получают данные от контроллера, передают их в систему и доставляют обратно команды, которые отправляют инженеры.
Такой подход позволил решить сразу несколько задач:
- обеспечить совместимость с оборудованием разных производителей
- подключать новые типы контроллеров без доработки платформы
- сохранить надежную передачу данных даже при нестабильной связи
- обрабатывать большие объемы телеметрии.
Совместимость с оборудованием
Контроллеры разных производителей работают по общему протоколу, но отличаются внутренней организацией данных. Поэтому мы реализовали механизм, который позволяет настраивать взаимодействие с каждым типом контроллера без изменений в самой платформе.
Надежная передача данных
Одним из требований проекта была надежная передача телеметрии даже при нестабильной мобильной связи. Для этого мы разделили процессы сбора и передачи данных. Если связь временно пропадает, edge-устройство продолжает сохранять телеметрию локально, а после восстановления соединения автоматически передает ее в систему. Кроме того, обмен данными между edge-устройством и централизованной платформой защищен сквозным шифрованием. Подлинность каждого устройства подтверждается отдельным сертификатом.
Работа с большими объемами телеметрии
Большие объемы телеметрии требовали высокой производительности при хранении и обработке данных. Поэтому мы использовали TimescaleDB на базе PostgreSQL. Она автоматически распределяет данные, сжимает архивную информацию и оптимизирует выполнение запросов.
Это позволило быстро обрабатывать поступающие данные, сократить объем хранимых данных до 90% и ускорить построение графиков и аналитических отчетов.
Инструменты для мониторинга и управления оборудованием
После того как удалось организовать надежный сбор данных, мы сосредоточились на том, чтобы инженерам было удобно работать с ними. Для этого спроектировали единый интерфейс, который объединил мониторинг скважин, анализ телеметрии, удаленное управление оборудованием и подготовку рекомендаций.
Анализ состояния оборудования
Для того чтобы инженеры могли видеть состояние оборудования и выявлять взаимосвязь между изменениями разных показателей, мы сделали интерактивные графики для каждой скважины.
Инженер может:
- выбрать нужные параметры
- вывести на один график несколько показателей
- сравнить значения в разных точках
- переключаться между временными диапазонами
- масштабировать отдельные участки графика
В любой точке графика можно посмотреть значения всех выбранных параметров, что помогает анализировать работу оборудования.
Оперативное выявление отклонений
Чтобы инженерам не приходилось постоянно отслеживать показатели вручную, в систему встроен механизм автоматического контроля телеметрии. Для каждого параметра можно задать допустимые диапазоны значений. Если показатель выходит за установленные границы, система автоматически фиксирует отклонение и отображает его в интерфейсе. Это позволяет быстрее замечать потенциальные проблемы и реагировать на них до того, как они приведут к остановке оборудования или аварийной ситуации.
История изменений
Чтобы упростить расследование инцидентов, мы реализовали журнал изменений. В нем фиксируются:
- изменение настроек оборудования
- отправка команд
- срабатывание событий
- действия пользователей
История изменений помогает восстановить последовательность событий, выяснить причины возникновения проблем и понять, какие действия выполнялись перед их появлением.
Безопасное удаленное управление оборудованием
Инженеры могут удаленно изменять параметры работы оборудования, не выезжая на месторождение. Например, корректировать настройки контроллеров и отправлять команды на оборудование. При этом нам важно было обеспечить корректное выполнение таких операций даже при временных сбоях связи и исключить работу с неактуальными данными.
Корректное выполнение команд
Чтобы команда не потерялась при сбоях связи или перезапуске отдельных сервисов, система отслеживает выполнение каждой операции и продолжает ее с того этапа, на котором она была прервана.
Актуальность данных
Перед изменением параметров система проверяет актуальность данных, чтобы инженер принимал решение на основе текущего состояния оборудования. Если связь с edge-устройством временно отсутствует, пользователь видит последние сохраненные значения, но изменить параметры можно только после восстановления соединения.
Поддержка принятия решений
После того как в системе появились инструменты мониторинга и удаленного управления, следующим шагом стала автоматизация повседневной работы инженеров. Для этого реализовали инструменты формирования отчетов и подготовки рекомендаций.
Анализ телеметрии и формирование отчетов
Анализ телеметрии и формирование отчетов Система помогает инженерам анализировать работу оборудования и готовить отчеты на основе накопленной телеметрии. Если для отчета достаточно уже собранных данных, он формируется сразу. Если требуются дополнительные расчеты, система автоматически обрабатывает телеметрию, включая данные, поступающие каждую секунду. Например, если время запуска и остановки оборудования нельзя определить напрямую, система рассчитывает время его работы по телеметрии с учетом возможных пропусков данных.
Подготовка рекомендаций
Система также помогает фиксировать результаты анализа с помощью отдельного модуля рекомендаций.
По результатам анализа инженеры могут создавать рекомендации по дальнейшей эксплуатации оборудования. Они помогают фиксировать выявленные проблемы, предложить изменения в работе скважины и контролировать выполнение необходимых мероприятий. Рекомендации могут создаваться как в рамках регулярного анализа фонда скважин, так и по запросу заказчика. Система хранит историю рекомендаций по каждой скважине, что позволяет отслеживать принятые решения и оценивать их эффективность.
Чтобы сохранить контекст, при создании рекомендации система автоматически прикладывает актуальные данные телеметрии и связанную информацию. При необходимости к рекомендации можно добавить изображения и другие вложения. После этого она становится доступна участникам процесса, проходит согласование и выполнение, а история всех изменений сохраняется в журнале событий.
Доступность платформы 24/7
Отказоустойчивая архитектура
Платформа спроектирована так, чтобы обеспечить высокую доступность сервисов и выполнять большинство обновлений без остановки или с минимальным временем простоя. Для этого используются несколько архитектурных решений: запуск компонентов в нескольких экземплярах, размещение сервисов на разных серверах, микросервисная архитектура и брокер сообщений для надежной передачи данных.
Наблюдаемость платформы
Наблюдаемость платформы Чтобы быстро выявлять возможные сбои, платформа непрерывно отслеживает свое состояние. Система собирает логи, метрики и трассировки запросов. При критических отклонениях команда поддержки автоматически получает уведомления, что помогает обеспечивать круглосуточную поддержку платформы.
Итог
В результате проекта появилась платформа для удаленного мониторинга и управления нефтяными скважинами, разработанная совместной командой специалистов заказчика и True Engineering с учетом требований промышленной эксплуатации. Специалисты получили единый инструмент для контроля состояния скважин, анализа телеметрии, подготовки рекомендаций и принятия инженерных решений, а заказчик – платформу для удаленной работы с оборудованием на действующих месторождениях.