Информационно-измерительная и Управляющая система оптимизации температурного режима газотранспортной сети на примере астраханского месторождения

Вид материала

Автореферат

Содержание Общая характеристика работы Проблема исследования. Цели и задачи работы. Научная новизна работы Практическая ценность работы На защиту выносятся следующие положения Достоверность полученных результатов. Структура и объем диссертации. Содержание работы В первой главе Вторая глава В четвертой главе В пятой главе В шестой главе Основные результаты работы Опубликованные работы по теме диссертации

Подобный материал:

• Информационно-измерительная система для определения следовых количеств веществ, 335.65kb.
• 1. Основные определения, 837.37kb.
• «кбор», 76.96kb.
• Информационно измерительная система атмосферного мониторинга на базе акустооптического, 203.33kb.
• Информационно-измерительная система с оптическим преобразователем для контроля температуры, 173.1kb.
• Автоматизированная информационно – измерительная система «пирамида» зао итф «системы, 175kb.
• Лекция Информационно-вычислительные сети Понятие и виды информационно-вычислительных, 158.39kb.
• Программа II научно-практической конференции «Информационно-измерительная техника, 108.86kb.
• Информационно-измерительная система для контроля дренирования многофазных сред на установках, 279.51kb.
• Информационно-измерительная система для обнаружения и локализации развивающихся трещиноподобных, 300.13kb.

На правах рукописи

ЗАМОСКОВИН ПАВЕЛ ПЕТРОВИЧ


Информационно-измерительная и Управляющая

система оптимизации температурного режима

газотранспортной сети

на примере астраханского месторождения


Специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Астрахань – 2011


Работа выполнена в ГОУ ВПО «Астраханский государственный университет»


Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Петрова Ирина Юрьевна


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Есауленко Владимир Николаевич


доктор технических наук, профессор Филин Виктор Андреевич


Ведущая организация: Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН


Защита диссертации состоится 28 апреля 2011 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ212.009.03 при Астраханском государственном университете по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20А.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета. Автореферат диссертации размещен на сайте университета www.aspu.ru


Автореферат разослан 25 марта.2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

Щербинина О.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность проблемы. Астраханское газоконденсатное месторождение (ГКМ) занимает лидирующее положение среди подобных месторождений как по степени присутствия в добываемой пластовой смеси особо опасной компоненты – сероводорода, объем которого превышает 25%, так и по уровню автоматизации функции контроля и управления промысловыми объектами.

Основные особенности технологического процесса добычи из промысловых скважин Астраханского ГКМ и транспортировки на переработку пластового флюида состоят в следующем:

• сверхглубокое залегание продуктивных пластов;
  
• многокомпонентный состав пластовой смеси (газ, вода, конденсат) с аномально высоким содержанием сероводорода;
  
• высокая температура гидратообразования пластовой смеси:+28⁰С.
  

Несмотря на высокую степень автоматизации промысла в действующей системе отсутствует реально действующая функция глобального автоматического регулирования температурного режима газотранспортной сети.

Систематический недогрев газа может привести к гидратообразованию на входе завода, что вызовет его полный аварийный останов. С другой стороны существенное завышение температуры газа на промысле приведет к нарушениям режимов его переработки на газоперерабатывающем заводе и одновременно к гигантским экономическим потерям из-за непроизводительных затрат топливного газа на избыточный подогрев пластового флюида на площадках скважин.

В связи с изложенным, создание экономичной и безопасной информационно-измерительной управляющей системы (ИИУС) автоматического управления температурным режимом газотранспортной сети, повышающей степень автоматизации до уровня системы автоматического управления (САУ), способной в условиях безлюдной технологии неограниченно долгое время с высокой эффективностью в энергосберегающем безгидратном режиме транспортировки пластового флюида от промысловых скважин до установок переработки обеспечивать систематическое и четкое высокоточное соответствие температурного режима транспортировки установленному номиналу – актуальная задача.

Проблема исследования. Промысловая ситуация в части температурного режима трубопроводной сети характеризуется двумя разнонаправленными процессами: 1) экономия топливно-энергетических ресурсов на необходимый подогрев пластового флюида в начальных пунктах транспортировки – площадках скважин; 2) обеспечение технологического процесса транспортировки пластового флюида при весьма высокой температуре, выше температуры гидратообразования, равной 28^оС.

Диспетчерский режим регулирования температуры пластового флюида в газотранспортной сети не обеспечивает точного соблюдения необходимого температурного режима каждой скважины, что приводит к повышенным затратам очищенного газа на подогрев пластового флюида.

Автоматизация позволит решить проблему поставки пластовой смеси на переработку в безгидратном низкотемпературном экономичном режиме.

Цели и задачи работы. Целью работы является разработка ИИУС, предназначенной для автоматического выравнивания и высокоточного поддержания заданного температурного режима транспортировки пластового флюида по газотранспортной сети от промысловых скважин до установок сепарации газа в энергосберегающем безопасном режиме.

Сформулированные и решенные в процессе выполнения диссертационного исследования задачи включают:

1. Исследование промысловой зоны в качестве объекта автоматизации и определение целевых функций управления.
   
2. Разработка и исследование математических моделей оптимизации температурных режимов газотранспортной сети промысла с минимизацией энергетических затрат на подогрев пластового флюида на площадках скважин и повышенными мерами безопасности поставки пластовой смеси на переработку.
   
3. Разработка структуры базы данных, содержащей температурные зависимости для участков прокачки газа (шлейфы скважин, магистральные трубопроводы).
   
4. Разработка методик автоматического регулирования температурных режимов газотранспортной сети, динамической паспортизации температурных зависимостей для подогревателей газа и трубопроводной системы.
   
5. Разработка алгоритмов управления и комплекса программ, обеспечивающих реализацию функций оптимизации температурного режима газотранспортной сети промысла в автоматическом режиме в виде специализированной ИИУС.
   
6. Проверка адекватности математических моделей и эффективности работы ИИУС.
   

Научная новизна работы:

1. Сформулированы комплексные требования к ИИУС на основе исследования существующей системы контроля и управления Астраханским газовым промыслом и разработаны базовые принципы, обеспечивающие энергосберегающий режим работы рассматриваемой ИИУС.
   
2. Разработана методика формирования и спроектирована специализированная база данных для динамической паспортизации температурных режимов скважин и участков магистральных трубопроводов с оригинальными элементами экстраполяции, обеспечивающими результативный переход в смежные, ранее не применявшиеся температурные зоны эксплуатации подогревателей на площадках скважин.
   
3. На основе комплексных требований и базовых принципов разработан комплекс математических моделей и методик оптимизации температурного режима трубопроводной системы газового промысла, расширяющий функции действующей системы контроля и управления промыслом и повышающий уровень автоматизации режимов глобального температурного регулирования до уровня систем автоматического управления.
   
4. Разработаны алгоритмы автоматического регулирования температурных параметров газотранспортной сети, применение которых в системе управления промыслом повышает экономическую эффективность и безопасность технологического процесса, создан комплекс программ по обеспечению оптимальных температурных режимов работы скважин и газотранспортных сетей.
   

Практическая ценность работы:

1. Разработана специализированная ИИУС, базирующаяся на приведенных математических моделях, которая внедрена в эксплуатацию в составе действующей SCADA системы контроля и управления Астраханским газовым промыслом.
   
2. Сформированы и постоянно динамически актуализируются температурные паспорта скважин и участков магистральных трубопроводов, используемые ИИУС для точного расчета и выдачи на исполнительные механизмы в реальном масштабе времени температурных поправок, обеспечивающих требуемый температурный режим.
   

Применение ИИУС в управлении Астраханским газовым промыслом показало работоспособность и высокую эффективность созданных моделей и методов, реализованных в разработке, подтвержденную расчетами экономического эффекта. Годовой экономический эффект от применения ИИУС в собственном производстве ООО «Газпром добыча Астрахань» в соответствии с расчетом составляет 23 млн. руб.

Разработка носит инновационный характер, защищена авторским патентом на полезную модель №.97544 «Информационно – измерительная управляющая система автоматического управления температурными параметрами объектов газового промысла».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Требования к ИИУС, обеспечивающие целостную концепцию безопасного энергосберегающего управления температурными параметрами газотранспортной сети в режиме автоматического регулирования под контролем, но без участия человека.
   
2. Базовые принципы энергосберегающего режима работы системы предварительной подготовки (подогрева) добываемой пластовой смеси на основе зонированного подхода к управлению температурными режимами.
   
3. Методика формирования и актуализации в реальном масштабе времени специализированной базы данных в режиме автоматической динамической паспортизации температурных профилей скважин и участков газотранспортной сети (шлейфов, магистральных трубопроводов) на основе сбора и обработки данных от промысловых датчиков.
   
4. Комплекс математических моделей и методик, обеспечивающих автоматическое поддержание температурных градиентов газотранспортной сети промысла в стабильном низкоэнергоемком безгидратном режиме поставки пластовой смеси на переработку.
   
5. Алгоритмы эффективного и безопасного автоматического регулирования работы подогревателей промысловых скважин, определяющие качественный температурный режим газотранспортной сети от скважин до установок переработки сырья, и комплекс программ, реализующих алгоритмы управления газотранспортной системы Астраханского промысла.
   

Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов на основе использования методик компьютерного моделирования, системного анализа, экспериментальных данных подтверждена данными эксплуатации ИИУС в составе штатной системы АСУТП Астраханского ГКМ. В результате системного анализа выявлена иерархичность ИИУС, зонированная структура управления промысловыми скважинами на основе примененного матричного метода формирования температурных зависимостей для газотранспортной сети. ИИУС используется на Астраханском газовом промысле в течение 2009–2011гг.:

• в режиме автоматической паспортизации температурных зависимостей для подогревателей газа и участков газотранспортной сети (декабрь 2009г.- сентябрь 2010г.);
  
• в режиме пробной тестовой эксплуатации (октябрь 2010г.- февраль 2011г.);
  
• в режиме автоматического управления температурными параметрами подогревателей газа и газотранспортной сети промысла в целом – с марта 2011г.
  

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на четырех международных конференциях и корпоративном конкурсе ОАО «Газпром»: III международная научно-техническая конференция «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами» - «ДИСКОМ-2007»; международная научная конференция «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «Астинтех-2008»; XII международная отраслевая научно-практическая конференция «Россия периода реформ», 2008 год; IV международная научно-техническая конференция «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами» - «ДИСКОМ-2009»; конкурс ОАО «Газпром» по компьютерному проектированию и информационным технологиям в Санкт–Петербурге в 2010 году (1 место в номинации «Лучший проект в области информационных технологий»). Получена Национальная технологическая премия 2008 года в области науки и техники (1 место в высшей номинации - за выдающийся вклад в развитие новых технологий).

Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 12 опубликованных научных работах, в том числе в 6 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных научных результатов диссертации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, библиографии, состоящей из 100 наименований, и 11 приложений, общий объем 102 страницы основного текста, 17 рисунков.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении дана общая характеристика разработки, обоснована актуальность решаемой задачи, сформулирована цель, объект и предмет исследования, научная новизна, практическая ценность работы, патентная защищенность и основные положения, выносимые на защиту, а также сведения о достоверности полученных результатов и апробации работы.

В первой главе дана краткая характеристика Астраханского газохимического комплекса, рассмотрены объекты и особенности технологического процесса добычи, предварительной подготовки и транспортировки пластового флюида.

В процессе анализа системы автоматизации газодобывающего предприятия выявлены проблемы, возникающие из-за отсутствия в применяемой системе АСУТП Астраханского промысла технических решений, обеспечивающих точное соответствие температурных профилей по шлейфам от скважин сборных манифольдов и участкам магистральных трубопроводов.

Разработанная ИИУС базируется на платформе существующих технических средств (серверов, линий связи, коммуникационного оборудования, полевых контроллерах), что не влечет за собой необходимости дополнительных капитальных вложений. Существенным отличием предлагаемого в рамках созданной ИИУС подхода к управлению от других систем контроля и управления промысловыми объектами является степень детализации функций управления, когда объектом управления является отдельная скважина, а не куст скважин или трубопроводная система в целом. В рассматриваемой ИИУС реализован режим макрорегулирования, опирающийся на детально проработанные механизмы температурного баланса на каждой скважине.

Газопромысловая система состоит из шести самостоятельных промысловых зон – установок предварительной подготовки газа (УППГ), рассчитанных на добычу 12 млрд. куб. метров газа в год.

Каждый промысловый объект, например скважина, одновременно контролируется тремя независимыми SCADA-системами. Фрагмент системы представлен на рисунке 1.




Рисунок 1. Фрагмент ИИУС промысла на базе SCADA-системы VS750


Две системы располагаются на верхнем уровне и образуют резервированную сдвоенную систему верхнего уровня, третья система (а всего подобных систем шесть – по числу УППГ) размещена в зоне соответствующей УППГ и контролирует одну из шести промысловых зон.

Учитывая колоссальную важность функции поддержания глобального температурного баланса направляемой на переработку пластовой смеси весьма актуальной является работа по созданию и дооснащению действующей системы контроля и управления Астраханского промысла принципиально новым программным механизмом безопасного низкоэнергоёмкого автоматического обеспечения качественного приведения температурного профиля промысла к оптимальному равновесному состоянию, который должен:

• реализовываться на существующих вычислительных мощностях системы автоматизации промысла;
  
• содержать программные механизмы приведения температурного режима подачи газа на переработку к номинальному значению и его поддержанию неограниченно длительное время с использованием промысловых средств автоматики и связи без вмешательства человека;
  
• иметь полноценные средства диагностики и оповещения об отклонениях температурного профиля от штатных состояний на объектах промысла;
  
• иметь развитые программные средства, основанные на оригинальных математических методах и моделях оптимизирующего типа, обеспечивающих надежное, безопасное и качественное функционирование промысла в штатных, предаварийных и аварийных ситуациях;
  
• осуществлять качественное управление режимами подогрева газа на площадках скважин, имеющих дополнительный подвод пластовой смеси от скважин – сателлитов, не имеющих самостоятельных подогревателей вблизи устья скважин;
  
• предоставлять на рабочие места диспетчерского персонала обработанную макроинформацию с целью качественного и всеобъемлющего сопровождения температурного режима добычи и транспортировки газа;
  
• предоставлять на рабочие места специалистов и руководства промысла автоматически формируемые сводки об отклонениях системы подогрева газа от штатных состояний и нарушениях сроков восстановления их работоспособности в полном объёме.
  

Учитывая изложенное, в ИИУС управления температурным режимом газотранспортной сети, помимо собственно неукоснительной эксплуатации скважин в разрешенных температурных режимах, реализованы дополнительные возможности («динамический температурный паспорт скважины», «выравнивание температурного профиля», «обеспечение требуемого температурного градиента» и др.), суть которых раскрыта при описании базовых принципов и комплекса математических моделей и методов.

При несоблюдении технологических режимов и регламентов высока вероятность перехода технологического процесса в состояния, приводящие к получению низкокачественной товарной продукции или угрожающие окружающей среде в связи с возможными при этом выбросами вредных веществ в атмосферу.

Базовым требованием к реализуемой ИИУС является зонированный подход к управлению температурными режимами газотранспортной сети промысла в автоматическом режиме, обеспечивающий:

• условия для оптимизации температурных режимов работы подогревателей на площадках скважин;
  
• реализацию стратегии экономии затрат очищенного газа, расходуемого на подогрев пластовой смеси.
  

Вторая глава посвящена описанию базовых принципов ИИУС температурного режима промысла, созданных на основе проведенных диссертационных исследований.

Для поддержания температурного баланса при разработке базовых принципов была выработана методика расчета величины корректировки температуры.

При моделировании технологического процесса целесообразно различать температурные зависимости, локализованные по уровням управления.

На локальном уровне для конкретных скважин, охватывающем зону от площадки скважины до входного блока манифольдов на площадке УППГ используются зависимости «температура газа после подогрева – температура газа на входе манифольда» для рабочей зоны расходов, устанавливаемой для каждой скважины.

На верхнем уровне от выхода УППГ до крановых узлов магистральных трубопроводов используются зависимости «температура газа на выходе УППГ – температура газа на ближайшем к перемычке крановом узле» для зоны расходов, установленной для магистрального трубопровода.

Предлагаемый зонированный подход к промыслу как к объекту управления (рис. 2) позволяет:

• использовать отдельные УППГ в качестве автоматических температурных компенсаторов для промысла в целом;
  
• реализовать ступенчатый принцип поддержания температурного режима на участках: скважины – УППГ и УППГ – завод, обеспечивающий выравнивание температурных режимов скважин перед перемешиванием пластовой смеси на сборных манифольдах площадок УППГ. Это в свою очередь минимизирует потери на смешивание потоков с различными температурными характеристиками;
  
• выделить отдельные промысловые зоны, имеющие общие признаки и технологические зависимости с учетом привязки к трубопроводу и УППГ;
  
• оптимизировать работу скважин и энергетические затраты на подготовку и транспортировку сырья;
  
• прогнозировать и предотвращать возможное гидратообразование.
  

1. – скважинные контуры регулирования
   
2. – магистральные контуры регулирования
   

Рисунок 2. Двухконтурная схема температурного регулирования


К числу базовых принципов относятся:

1. оптимизация режимов работы подогревателей на площадках скважин;
   
2. минимизация тепловых потерь в сборных пунктах;
   
3. двухступенчатая зонированная схема регулирования температуры;
   
4. предотвращение гидратообразования при транспортировке;
   
5. экономия топливно-энергетических ресурсов.
   

Количество и разнообразие обрабатываемых промысловых параметров и сигналов делает сложной дальнейшую автоматизацию технологического процесса без применения систем глобального регулирования, действующих в режиме автоматического управления.

При транспортировке пластовой смеси по газотранспортной сети промысла должны быть решены две конкурирующие задачи: 1) экономия затрат на подогрев пластовой смеси па площадках скважин за счет минимизации температуры поставки пластовой смеси на вход завода и 2) сохранение температурного фона транспортируемого сырья на уровне выше температуры гидратообразования на всех участках газотранспортной сети, в том числа на выходе магистральных газокондесатопроводов.

Создание и применение ИИУС специализированного типа с использованием математических моделей и методик, расширяющих возможности действующей SCADA системы промысла и базирующейся на декларированных принципах построения системы, является эффективным результативным средством решения проблемы безгидратной поставки пластовой смеси на переработку в энергосберегающем безопасном режиме.

В третьей главе описывается математическая модель разработанной ИИУС.

Изложены математический аппарат принятия решений, входные и выходные величины (данные, получаемые с датчиков промысла, вспомогательные параметры, уставки и команды управления), факторы, влияющие на расчет температурных воздействий и их распределение по подогревателям площадок скважин.

Целевую функцию управления для стационарного режима транспортировки газа можно записать в виде:

Т_мт → Т_здн = const,

где Т_мт – измеренная температура пластовой смеси в магистральном трубопроводе на входе перерабатывающего завода;

Т_здн – заданная температура пластовой смеси в магистральном трубопроводе на входе перерабатывающего завода.

Наибольший интерес представляет расчет температурных поправок с учетом теплотворной способности подогревателей.

При отклонении температуры пластового флюида на входе завода на значимую величину (рис. 3) выполняется соответствующая корректировка исходящих температур для площадок скважин.

Если значение измеренной температуры находится в «мертвой» зоне, никакие регулировки не применяются. При этом измеренная температура у точки входа завода от данной УППГ Т_изм определяется соотношением:

(Т_ном - ∆T_мз) ≤ Т_изм ≥ (Т_ном + ∆T_мз),

где Т_ном – номинальная температура – заданное значение температуры для трубопровода;

∆T_мз – приращение температуры, равное половине длины «мертвой» зоны.

Если измеренное значение температуры оказывается в правой зоне демпфирования при нарастании температуры из зоны более низких по отношению к температуре Т_ном значений, выполняется встречная малоразмерная корректировка уставок для подогревателей скважин (демпфирование) с целью компенсировать избыток температуры и предотвратить развитие событий с завершающим позиционированием температуры в последующих более отдаленных зонах (правой штатной зоне переходного периода и зоне минимизации Т_газа).




Рисунок 3. Зоны регулирования температуры


Размер корректировки является долей (в процентах) от величины, необходимой для приведения промысла из граничного положения Т_{оп. в} штатной зоны переходного периода к температуре Т_ном .

Пусть для перевода температуры пластовой смеси на входе завода из позиции Т_опт.н1 в позицию Т_ном требуется изменение температуры в этой точке на расчетную величину ∆T_дем, тогда величина встречной демпфирующей корректировки ∆Т_дем (при выходе значения измеренной температуры за пределы «мертвой» зоны) определяется следующим образом:

∆Т_{дем(i )}= к_дем(i)* ∆T_дем(i-1),

где к_дем(i) - коэффициент приведения для операции встречного демпфирования на i –ой итерации. По результатам экспериментальных исследований и оценок экспертов для Астраханского промысла к_дем = 0,5 на начальной стадии демпфирования.

Если текущее демпфирование приводит к переходу через «мертвую» зону в последующую зону демпфирования, производится встречное демпфирование, при этом величина корректировки по модулю выбирается меньше, чем предыдущая демпфирующая корректировка в противоположном направлении.

Выбор долей (процентов) для модификации демпфирующих затухающих разнонаправленных воздействий выбирается на основании экспериментальных данных и экспертных оценок. Для Астраханского промысла:

к_дем(i+1) = 0,5 * к_дем(i),

где к_дем(i) - коэффициент привидения для операции встречного демпфирования на i-ой итерации;

к_дем(i+1) - коэффициент привидения для операции встречного демпфирования на (i+1)-ой итерации.

Параметрические величины представляют собой:

• Т_ном – номинальная температура – заданное значение температуры для трубопровода, которое должно быть достигнуто средствами ИИУС в автоматическом режиме за счет изменения уровня подогрева газа на площадках скважин, подключенных к данному трубопроводу;
  
• Т_опт.в – верхняя граница интервала допустимых по технологическому регламенту значений температуры газа на входе завода;
  
• Т_опт.н1, Т_опт.н2 – нижние границы интервалов допустимых по технологическому регламенту значений температуры газа на входе завода. В области низких температур зоны оптимального значения указанной температуры определяются более строго (в двух интервалах), поскольку актуальной является задача минимизации расходов тепла на подогрев газа на площадках скважин. Если текущая температура позиционируется в левой штатной зоне переходного периода и включен режим оптимизации топливно-энергетических затрат, корректировка уставок по температуре выполняется в редуцированном варианте – при этом, если текущая температура фиксируется в соседней зоне демпфирования, последующие корректировки не выполняются. Этим обеспечивается минимизация расхода тепловой энергии на подогрев газа с учетом безгидратного режима его доставки на завод;
  
• Т_мин – минимально разрешенная температура газа на входе завода, обеспечивающая безгидратный режим поставки газа на переработку в течение длительного времени;
  
• Т_макс – максимально допустимая температура поставки газа, разрешенная технологическим регламентом;
  
• Т_крит – температура газа на входе завода, ниже которой безгидратный режим поставки газа оказывается невозможным.
  

Указанные параметры образуют 6 «температурных» зон (рис. 3.):

• «мертвая» зона. Устанавливает значение номинальной температуры.;
  
• зоны демпфирования. Это зоны самых малых воздействий. В зоне демпфирования включаются механизмы обеспечения периодической сходимости результатов у номинальной величины;
  
• штатная зона переходного периода. В этой зоне обеспечивается приведение температуры к номиналу при небольших отклонениях температуры от заданного номинального значения. Величина воздействия является пропорциональной функцией степени отклонения от номинального значения, которая динамически рассчитывается ИИУС;
  
• зона усиленного нагрева. В этой зоне фиксируются существенно низкие значения текущей температуры газа. Повышение температуры для данного трубопровода осуществляется с заведомым превышением рассчитанных значений с тем, чтобы предотвратить гидратообразование;
  
• зона экстренного нагрева. В этой зоне фиксируются аномально низкие значения текущей температуры газа. Повышение температуры для данного трубопровода осуществляется с максимальным использованием теплотворной способности подогревателей скважин, подключенных к данному трубопроводу.
  
• зона минимизации Т_газа. В этой зоне фиксируются аномально высокие значения текущей температуры газа. Подогреватели всех скважин, подключенных к данному трубопроводу, выводятся на режим минимального подогрева.
  
• После выдачи любого вида регулировки активируется таймер ожидания. Ожидание необходимо для того, чтобы результаты подогрева пластовой смеси на площадках скважин сказались на точке входа завода.
  
• Каждый тип регулирования имеет свой приоритет. Высший приоритет имеют зона экстренного max нагрева и зона минимизации Тгаза, низший приоритет имеет зона демпфирования. Зона усиленного нагрева и штатная зона переходного периода имеют промежуточное значение приоритета. Время ожидания будет прерываться регулировкой более высокого приоритета или любой другой регулировкой в противоположном направлении. Регулировка противоположного направления может быть активирована, если в процессе ожидания результатов предыдущей корректировки была пройдена «мертвая» зона.
  

Для гибкого подхода к выбору очередности регулирования скважин внутри каждого i-го этапа, на основе нормативных и динамических коэффициентов рассчитывается комплексный показатель очередности скважин по следующей формуле:

K=(f₁A_1i + f₂A_2i + f₃A_3i + f₄A_4i) A_5i, К=_

где A_1i – показатель теплотворной способностиости скважины, величина, пропорциональная отношению интервала регулирования температуры газа скважины на текущем этапе к максимальному интервалу скважин, доступных для регулирования в данном направлении.

A_2i – показатель амплитуды регулирования, величина, пропорциональная отношению величины паспортного диапазона регулирования скважины к максимальному диапазону из всех, доступных для регулирования скважин.

A_3i – показатель достоверности. Зависит от времени накопления паспортных данных. Характеризуется общим количеством измерений зависимостей разности температур газа на площадке скважине и манифольде для различных расходов рабочей зоны в диапазоне изменения исходящей температуры газа.

A_4i – показатель удаленности, зависящий от удаления скважины от входных манифольдов.

A_5i – показатель уровня автоматизации, применяемый для исключения скважин, не пригодных для автоматического регулирования в данный момент.

A_{5i = }

f₁, f₂, f₃, f₄ – весовые коэффициенты для показателей A_1i, A_2i, A_3i, A_4i. Их величины зависят от того, какой показатель выбран в качестве приоритетного для создания текущего пула скважин контура глобального регулирования температуры. Для различных скважин могут быть определены оригинальные главенствующие параметры. Это позволяет учитывать как требования регламентирующих работу промысла служб и отделов, так и удобство управления фондом скважин для оперативного персонала. При этом безусловно учитывается приоритетное позиционирование скважин в зоне оптимального режима.

Разработанный комплекс математических моделей и методик обеспечения оптимального температурного режима трубопроводной системы газового промысла, расширяет функции действующей системы контроля и управления промыслом и повышает уровень автоматизации режимов глобального температурного регулирования до уровня систем автоматического управления.

На основе комплекса математических моделей с учетом зонированного подхода к управлению разработана архитектура ИИУС централизованного автоматического управления работой подогревателей на площадках скважин и трубопроводной системы газового промысла.

В четвертой главе излагаются принципы формирования и динамической актуализации в реальном масштабе времени специализированной базы данных, основу которой составляют температурные паспорта скважин, содержащие зависимости температурных параметров для участков трубопроводов от скважин до сборных пунктов для различных расходов газа:

• температура газа после подогрева в подогревателе на площадке скважины (Т_г);
  
• температура газа, приходящего на сборный блок входных манифольдов для каждой скважины при установленном значении температуры газа на площадке скважины(Т_м).
  

При этом создавался так называемый «температурный профиль» скважины (разность температур (Т_г - Т_м), профилированная по температуре исходящего от скважины газа) в рабочих диапазонах работы скважины по расходу (рис. 4).



Рисунок 4. Паспортные данные температурного профиля скважины W122 - разности температур газа на площадке скважины и входа на манифольде от скважины в ^оС

Высокая точность приведения температуры пластовой смеси на входе перерабатывающего завода к требуемому номиналу обеспечивается специальными методами отбраковки недостоверных значений на ранних этапах сбора и обработки информации и оригинальным методом «матричной» экстраполяции надежных измерений рабочей температурной зоны скважины с учетом весовых коэффициентов в смежную зону потенциально возможных режимов работы.

Рабочая зона в таблице на рисунке 4 выделена зеленым (темным) цветом. Значения, указанные фиолетовым (светлым) цветом представляют собой зону экстраполяции.

Спроектированная специализированная база данных для динамической паспортизации температурных режимов скважин и участков магистральных трубопроводов позволяет при ее использовании в рамках ИИУС осуществлять поставку на переработку пластовой смеси в гарантированном высокоточном температурном режиме.

В пятой главе рассматриваются алгоритмы автоматического регулирования температуры средствами ИИУС. Комплекс математических моделей и методик реализован в виде алгоритмов автоматического управления температурными параметрами, на основе которых создан комплекс программ ИИУС. На рисунке 5 приводится схема основного алгоритма работы ИИУС .



Рисунок 5 Блок-схема основного алгоритма ИИУС


При создании ИИУС разработаны алгоритмы автоматического регулирования температурных параметров газотранспортной сети, применение которых в системе управления промыслом повышает экономическую эффективность и безопасность технологического процесса.

Создан комплекс программ по обеспечению оптимальных температурных режимов работы скважин и газотранспортных сетей.

В шестой главе излагаются результаты применения и эффект от внедрения ИИУС. Освещены проблемы внедрения ИИУС на Астраханском промысле. Обосновывается выбор метода автоматической регистрации температурных режимов участков трубопроводов с учетом актуального состояния подогревателей на площадках скважин, приводящего к снижению энергетических затрат на подогрев пластовой смеси. Определяется область применения ИИУС. Ценность создания представляемой ИИУС заключается не только в выработке научной концепции управления температурными режимами газотранспортной сети промысла, но и в реализации предложенных алгоритмов ее работы в составе действующей АСУТП промысла с увеличением уровня автоматизации системы обеспечения необходимых температурных режимов до уровня системы автоматического управления.

Годовой экономический эффект от применения ИИУС в собственном производстве Астраханского промысла в соответствии с оценкой экономического эффекта, выполненной Газопромысловым управлением ООО «Газпром добыча Астрахань», превышает 23 млн. руб.


ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ


В результате исследования создана и внедрена в промышленное производство Астраханского газоконденсатного месторождения информационно – измерительная управляющая система оптимизации температурных режимов газотранспортной сети.

Созданная ИИУС:

1. соответствует требованиям энергоэффективности и безопасности коммерческого применения в условиях максимальной степени автоматизации технологических процессов, обслуживающих добычу и транспортировку высокотоксичных и агрессивных пластовых смесей.
   
2. повышает уровень автоматизации системы глобального регулирования температурных режимов газотранспортной сети промысла от штатного уровня автоматизированной системы дистанционного диспетчерского управления до уровня системы автоматического управления энергосберегающего типа, способной длительное время поддерживать оптимальный температурный режим газотранспортных сетей промысла под контролем, но без вмешательства человека;
   
3. базируется на оригинальных авторских принципах комплексного макроуправления взаимосвязанными участками газового промысла и газотранспортной сети на основе предложенного зонированного подхода к управлению температурными режимами в условиях безлюдной технологии.
   
4. обрабатывает поступающую в реальном масштабе времени от промысловых датчиков, управляющих контроллеров, диспетчерских рабочих мест информацию, содержащую температурные характеристиками систем подогрева газа и газотранспортной сети. Формирует и актуализирует температурные зависимости для участков газотранспортной сети в виде специализированной базы данных, лежащей в основе высокоточного расчета управляющих воздействий для температурных режимов подогревателей на площадках скважин в автоматическом режиме регулирования температуры средствами ИИУС.
   
5. построена на авторских алгоритмах автоматического регулирования температурных параметров газотранспортной сети и соответствующей программной реализации, применение которых в системе управления промыслом повышает экономическую эффективность и безопасность технологического процесса.
   
6. обеспечивает на основе использования данных автоматической паспортизации средствами ИИУС в реальном масштабе времени температурных характеристик семейства двухуровневых трубопроводных систем распределенной газотранспортной сети промыслового предприятия высокоточное поддержание температуры транспортируемой пластовой смеси в узловых точках газотранспортной сети, что приводит к снижению затрат очищенного газа на подогрев пластового флюида на площадках скважин строго до уровня, необходимого и достаточного для безгидратной поставки сырья на переработку в соответствии с техническими регламентами.
   

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ


Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, включенных в список ВАК РФ:

1. Елфимов В.В., Замосковин П.П., Андреев А.А. Новое в автоматизации промысла ООО «Астраханьгазпром»//Наука и техника в газовой промышленности. – Москва,2000. - №5. – С. 73-76.
   
2. Замосковин П.П., Родованов В.Е. Автоматизированная система газогидродинамических исследований для формирования оптимальных технологических режимов эксплуатации скважин Астраханского газоконденсатного месторождения//Научно – технический журнал «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе». – Москва, 2010. – №12. С. 17-22.
   
3. Замосковин П.П., Андреев А.А. Методика расчета управляющих воздействий математической модели автоматического регулирования производительности скважин//«Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии». – Астрахань, 2010. – №4(12). С. 24-28.
   
4. Замосковин П.П., Андреев А.А., Кожакин В.В. Математические модели и методы автоматического управления температурными режимами и их применение в информационно – измерительных и управляющих системах для скважин и трубопроводов// Журнал "Наука и техника в газовой промышленности". – Москва, 2011, №3. С. 11-20.
   
5. Д. В. Пономаренко, В. В. Кожакин, Замосковин П.П. Расчет управляющих воздействий в математической модели автоматического управления промыслом// Журнал «Газовая промышленность».- Москва, 2010, №12. С. 19-23.
   
6. Замосковин П.П., Жилкин А.А., Андреев А.А., Петрова И.Ю. Методика определения экономического эффекта от применения информационно-измерительной управляющей системы энергосберегающего типа на газоконденсатных месторождениях//«Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии». – Астрахань, 2011. – №2(14). С. 20-27.
   

Статьи в материалах конференций, сборниках:

1. Елфимов В.В., Замосковин П.П., Андреев А.А. Автоматизация промысла ООО «Астраханьгазпром»//Наука и технология углеводородов. - Москва,2001. - №4. – С. 204-208.
   
2. Инновационная программно-ориентированная технология эксплуатации газовых скважин Астраханского месторождения с приоритетным диспетчерским управлением /Авязов Д.З., Андреев А.А., Замосковин П.П. //Материалы 3 Международной научно-технической конференции «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами» - «ДИСКОМ-2007». – Москва, 10-13 апреля 2007.
   
3. Модели регулирования давления, расхода и температуры на скважинах в программно-ориентированной системе автоматического управления промыслом/Замосковин П.П., Андреев А.А.//Материалы международной научной конференции Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «Астинтех-2008» – Астрахань, 2008. – С. 11-14.
   
4. Замосковин П.П., Андреев А.А. Концепция автоматического управления промыслом Астраханского газоконденсатного месторождения // Специализированный сборник «Геология, бурение, разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений». - Москва, 2007. – №3. – С. 22-26.
   
5. Авязов Д. З., Замосковин П. П., Андреев А. А., Родованов В. Е. Концептуальная модель комплексной системы автоматического управления Астраханским газовым промыслом // Сб. докладов IV Международной научно-технической конференции «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами». – ДИСКОМ–2009. – М.,2009. – С. 106–124.
   

Патенты:

1. Пат. на полезную модель 97544 Российская Федерация, МПК7 G05B19/418. Информационно – измерительная управляющая система автоматического управления температурными параметрами объектов газового промысла/Замосковин П.П., Кожакин В.В., Михайленко С.А.; заявитель и патентообладатель ООО «Газпром добыча Астрахань». – 2009144062/25, заявл. 27.03.2009, опубл. 10.09.2010. – Бюл. №25. – 3 с.