Современные решения по автоматическому управлению на нефтедобывающих платформах

В статье показывается, что управление процессами добычи на море является весьма перспективной областью применения современных средств автоматического управления

Введение

Современные технические средства и программные продукты в области информатизации и автоматизации процессов позволяют решать широкий круг задач по эффективному управлению разработкой нефтяных и газовых месторождений.

Фактически, информационные технологии становятся одним из базовых инструментов повышения конечной нефтеотдачи пластов, стабильности и управляемости текущих процессов добычи, транспортировки и промысловой подготовки нефти и газа при снижении энергозатрат на разработку.

Требования к безопасности, надежности и эффективности работы технологических устройств особенно высоки при эксплуатации морских платформ. Добыча на шельфе представляет собой высокозатратный производственный процесс с максимальным использованием безлюдных технологий и функционированием в экстремальных условиях окружающей среды.

Эти особенности определяют необходимость максимально использовать возможности оборудования при строжайшем соблюдении технологических ограничений в целях безопасности. Решение таких задач является типичной областью приложения методов оптимального управления по критерию эффективности процесса при соблюдении технологических ограничений.

В статье обсуждаются принципы и возможные направления использования современных решений по автоматическому управлению процессами добычи на морских платформах. Рассматриваются средства, известные в англоязычной литературе как Advanced Process Control (APC).

В российской терминологии с достаточной степенью близости эти средства можно определить как методы многосвязного регулирования и оптимального управления с прогнозом реакции объекта на сигнал на основании построения модели этого объекта.

Обсуждение ведется на основе коммерческого пакета программ фирмы Honeywell - Profit Suite ® for Advanced Control & Optimization, реализующего запатентованную технологию управления Robust Multivariable Predictive Control Technology (RPMСT).

К настоящему моменту продукты данного пакета имеют в России устоявшуюся высокую репутацию в нефтепереработке, позволяя повысить эффективность и надежность работы технологических установок.

Но, как показывает мировая практика, эти средства могут успешно применяться и в нефтедобыче. Причем, одной из наиболее перспективных областей их использования, в силу сказанного выше, является добыча с использованием морских платформ различных типов.

Принцип управления

Пакет основывается на методе многосвязного регулирования с прогнозом реакции объекта управления на сигнал регулирования.

Принципиально, процесс управления описывается следующим образом.

Рассматриваются три типа переменных, представляющих собой физические величины технологического процесса:

  • Контролируемые переменные (Controlled Variables, CVs) – это наблюдаемые переменные, которые в процессе реализации технологического процесса должны принимать значения внутри заданных пределов. Внутри допустимой области управления, задаваемой этими пределами, указанные переменные могут оптимизироваться по заданному критерию эффективности технологического процесса.
  • Регулируемые или управляющие переменные (Manipulated Variables, MVs) – это переменные, которыми манипулируют, чтобы сохранить CVs внутри допустимой области при изменении условий технологического процесса и/или установить оптимальные значения контролируемых переменных при оптимизации. Допустимые переделы регулирования MVs для контроллера задаются оператором. Для каждого MV при настройке регулятора оператор задает вес, который определяет вклад данной переменной в процессе управления для достижения желаемого результата, при манипулировании несколькими регулируемыми переменными.
  • Возмущающие переменные (Disturbance Variables, DVs) – это измеряемые переменные, которые не регулируются в процессе управления, но влияют на значения контролируемых переменных. При настройке контроллера задаются алгоритмы, которые предсказывают эффект от воздействия DVs на траекторию CVs , что позволяет в процессе регулирования принять меры для предотвращения влияния помех.

При настройке контроллеров строится модель процесса в виде матрицы связей между переменными (матрица влияний). Далее модель корректируется в процессе управления технологическим процессом в онлайновом режиме.

Profit Optimizer рассчитывает в реальном времени на основании линейных моделей оптимальные согласованные значения контролируемых переменных для установок, участвующих в технологическом процессе.

Profit Controller – базовый элемент APC приложения, реализующий многосвязное регулирование установкой, выдавая управляющие воздействия на MVs переменные, например, при помощи задания уставок PID регуляторов.
В настоящее время широкое распространение получило автономное использование Profit Controller для многосвязного регулирования отдельной установкой с целью удержания значений контролируемых переменных в допустимой области, задаваемой оператором.

Задачи управления в процессе нефтедобычи

Наибольший "стратегический" эффект в управлении разработкой месторождения, выражающийся в максимизации конечного коэффициента нефтеотдачи при выполнении запланированных временных ограничений эксплуатации месторождения, достигается при совместном рассмотрении всей производственной цепочки: резервуар – скважина – промысловые технологические системы обустройства.

В случае решении такой комплексной задачи APC технологиям отводится роль поддержания в заданных пределах, рассчитанных в рамках решения общей задачи оптимальной разработки месторождения, режимов работы последовательностей технологических агрегатов промысловых систем сбора и первичной подготовки нефти и газа и \ или отдельных установок.

Как указывалось в предыдущем параграфе, при наличии определенной свободы в значении параметров средствами APC могут также решаться задачи оптимизации работы установки по локальному критерию.

Здесь мы рассматриваем решения задач управления в "узком" смысле, т.е. обсуждаем проблемы, эффективно решаемые с помощью APC, в предположении, что ограничения на регулируемые технологические процессы известны и задаются оператором. Надо также отметить, что некоторые из описываемых ниже приложений APC не ограничиваются только возможностями RPMСT технологии.

Стандартными технологическими процессами при морской добыче нефти с платформ являются процессы сепарации водогазонефтяной смеси, очистки попутного газа и компрессия.

Газ используется для обратной закачки в пласт, бытовых нужд и, иногда, в соответствии с технологией разработки месторождения для газлифта. Нефть после первичной подготовки (обезвоживания и дегазации) транспортируется на берег, где подвергается дополнительной внутрипромысловой обработке на промышленных установках, согласно предусмотренной технологической схемы. Вода после предварительной очистки сбрасывается или закачивается обратно в пласт.

Средства APC позволяют улучшить технологический процесс по двум основным показателям:

  • сокращение простоев в процессе добычи;
  • работа оборудования вблизи допустимых границ по производительности. Важность управления в этой области возрастает по мере падения пластового давления: целью управления становится снижение рабочих давлений в гидравлической сети в рамках технологических ограничений.

Особое место занимают задачи управления системой газлифта, где средства APC позволяют оптимизировать процесс с целью снижения затрат.

Примером задачи управления, эффективно решаемой средствами APC, является ситуация с потоком продукции скважин, вызванная перепадами давления по всей гидравлической сети от забоев скважин до товарного парка, что зачастую приводит к изменению режимов течений газожидкостной смеси (например, в области, где горизонтальные линии от подводных скважин переходят в вертикальные (райзеры) при подходе к платформам).

Средства APC позволяют исполняющим устройствам (клапанам, дросселям, заслонкам и т.п.) более оперативно и адекватно реагировать на изменение размеров порций нефти, газовые пробки и колебания в скорости потока, позволяя поддерживать работу сепараторов в работающем режиме более длительное время.

Другие примеры применения многосвязного регулирования с прогнозом:

  • Управление цепочкой компрессоров и сепараторов (высокого, среднего и низкого давления) для согласования режимов работы с целью снижения давления на входах, что, в конечном счете, приводит к снижению противодавления на устьях скважин и, следовательно, к увеличению их дебитов.
  • Идеальной иллюстрацией эффективности применения средств APC является управление газлифтом. Использование APC для управления компрессорами и \ или турбинами позволяет добывать запланированные суточные объемы нефти при снижении объемов закачиваемого газа или увеличивать добычу при закачке запланированного объема. Предлагаемое решение зависит от выбора целевой функции оптимизационной задачи.
  • Управление давлением и температурой в сепарационных установках и компрессорах для оптимизации выхода жидкой фазы, согласно плановым заданиям и спецификациям первичной подготовки нефти и газа.
  • Средства APC позволяют сглаживать переходные процессы в системах сбора и первичной подготовки при запланированных или вызванных внешними условиями изменениях режимов работы технологических установок.

Заключение

Технологические процессы морской добычи нефти являются идеальным кандидатом для использования средств APC. Экономический эффект достигается быстро и без больших капитальных затрат. В основе экономического эффекта лежит оптимизация работы оборудования и стабилизация технологического процесса.

Литература

Л. Р. Соркин, О. Ю. Першин, А. В. Ахметзянов, В. Н. Кулибанов. Перспективы интегрированного управления разработкой нефтяных месторождений. "Нефтяное хозяйство", 6, 2005 г.


Пресс-релизы

«СибЭкоПром»: «Балтика» представит пятилетний опыт раздельного сбора отходов упаковки на IIм эколого-промышленном форуме

23 ноября в Новосибирске состоится IIй Сибирский эколого-промышленный форум, на котором пивоваренная компания «Балтика», часть Carlsberg Group, представит опыт реализации проекта «Принеси пользу своему городу». В основе проекта – развитие инфраструктуры для раздельного сбора отходов упаковки.

В канун Всемирного дня памяти жертв дтп в Новосибирске пройдет специальная акция «Живая статистика»

В канун Всемирного дня памяти жертв дтп в Новосибирске пройдет специальная акция «Живая статистика»

17 ноября в 12 часов на пл. им. Ленина (тротуарная часть перед большой скульптурной композицией) общественная организация «Форпост» и Госавтоинспекция Новосибирской области проведут акцию «Живая статистика». Цель проекта – привлечение внимания жителей Новосибирской области к проблеме гибели и травм...

«СибЭкоПром»: «Балтика» инвестирует 19 миллионов рублей в раздельный сбор

«СибЭкоПром»: «Балтика» инвестирует 19 миллионов рублей в раздельный сбор

15 ноября – Всемирный день вторичной переработки, цель которого привлечь внимание к проблемам обращения с отходами.

7-а Міжнародна Конференція та Виставка Сонячної Енергетики в Центральній та Східній Європі CISOLAR-2018 KYIV

7-а Міжнародна Конференція та Виставка Сонячної Енергетики в Центральній та Східній Європі CISOLAR-2018 KYIV

З 11 по 13 квітня 2018 р. у виставковому центрі «АККО Інтернешнл» (Київ) пройде наймасштабніший у регіоні галузевий бізнес-захід, присвячений індустрії сонячної енергетики – 7-а Міжнародна Конференція та Виставка Сонячної Енергетики в Центральній та Східній Європі CISOLAR-2018 KYIV.

Квартал «Парк Легенд» будет полностью энергонезависим

Квартал «Парк Легенд» будет полностью энергонезависим

Собственный автономный источник тепла и электроэнергии получит новый спортивно-развлекательный квартал «Парк Легенд», строящийся в центре Москвы на месте бывшего завода имени Лихачева (ЗИЛ).

Бизнес Новосибирска заявил о необходимости развития инфраструктуры по обращению с отходами упаковки

Бизнес Новосибирска заявил о необходимости развития инфраструктуры по обращению с отходами упаковки

Производители стеклянной тары и пивовары объединили усилия для создания предсказуемого и логичного регулирования рынка упаковки

Эксперты Schüco предупреждают: мошенники не дремлют

Эксперты Schüco предупреждают: мошенники не дремлют

«Безопасность – это не только прочные запоры и решётки на окнах, но и уверенность в сознательном выборе качественного продукта», – считает Станислав Французов, специалист Schüco, ведущего европейского производителя ПВХ-профиля и фурнитуры.

все пресс-релизы

ДРУГИЕ статьи

Рынок противопожарного оборудования: что нового?

Рынок оборудования противопожарной безопасности в России начал активно развиваться сравнительно недавно. Еще десять лет назад, по оценкам ряда независимых экспертов, его объем не превышал 50 млн. USD. Однако благодаря экспоненциальному росту отечественной экономики за последние годы сегмент заметно...

АЗОТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ

Азотирование поверхности деталей машин и инструмента сегодня является одним из эффективных и распространенных методов упрочнения в различных отраслях машиностроения. Технологический процесс сам по себе хорошо известен. Известны его достоинства и недостатки. Самым большим недостатком традиционной тех...

Как организовать предприятие общественного питания?

Предприятия общепита выполняют как производственные, так и торговые функции. Используемое сырье и готовые изделия должны строго соответствовать санитарным нормам, иметь эстетичный вид, а также обладать высокими вкусовыми свойствами

Жизнь в металле

Отечественная строительная индустрия в плане использования материалов для возведения зданий до последнего времени оставалась достаточно консервативной отраслью. В основе подавляющего большинства строительных технологий для этих целей традиционно применялись проверенные временем дерево, кирпич и бето...

Обязательная утилизация попутного газа в России: тема знакомая, но не полностью понятная

По некоторым оценкам, в настоящее время доля России в сжигании на факелах попутного нефтяного газа (ПНГ) составляет 25‑30 % при общем мировом годовом объёме сжигаемого ПНГ около 150 млрд. м3, и Россия является мировым лидером по сжиганию ПНГ

Торцовые уплотнения

Общие сведения о торцовых уплотнениях

Повышение цен на тепло компенсирует счетчик

В начале года в большинстве регионов страны выросли тарифы на отопление в среднем на 12,2%. При этом в Москве рост составил более 24%, на Урале - 20%, в Санкт-Петербурге - 14%. Однако это не означает, что всем придется платить больше. Жильцы домов с теплосчетчиками могут и не заметить роста тарифов

все документы

Популярные объявления