Автоматизированная система управления технологическими процессами нефтедобычи

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >883366 (61) Дополнительное к авт. свид-ву ?? 409550 (22) Заявлено 15.01.79 (21) 2713286/22-03 с присоединением заявки № (51)М. Кл.

Е 21 В 47/00 Ъаударотаеииьй камитет

СССР ао делам изобретений и открытий (28) Приоритет (53) УДК 621.398 (088.8) Опубликовано 23.11.8?. Бюллетень № 43Дата опубликования описания 23.11.&1 (72) Авторы изобретения

В. Е. Щербина, А. Г. Ахметшин и В. И. Ионов (71) Заявитель

Нефтегазодобывающее управление "Туймазанефть * Миннвжсрс ва " - нефтяной промышленности

I (54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ

ПРОЦЕССАМИ НЕФТЕДОБЫЧИ

15

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для построения автоматизированных систем управления нефтегазодобывающим предприятием.

По основному авт. св. N 409550 известна автоматизированная система управления технологическими процессами нефтедобычи, содержащая блок контроля и управления работой скважины, регистраторы времени, блок управления групповыми измерительными установками, блоки управления сепарацией нефти, подготовкой нефти, сдачей нефти, -транспортом газа и закачкой воды, соединенные с соответствующими блоками информационного обеспечения, коммутатор направлений, приемно-передающие устройства, блок переключения, блок управления информационными потоками, блок согласования, блок долговременной памяти, вычислительной блок, аналоговые модели, оптимизатор, блок заданий, блок обслуживания заявок, блок производственных программ, блок контроля выполнения плана, регистратор заявок, блок распределения ресурсов, табло-график, причем блок управления информационными потоками соединен с блоком производственных программ, блоком контроля выполнения плана, регистратором заявок и блоком распределения ресурсов, а блок контроля выполнения плана соединен с блоком производственных программ, при этом регистратор заявок соединен с блоком распределения ресурсов, а табло-график соедштен с блоком заданий по входу и по выходу с приемно-передающим устройством, а при этом оптимизатор соединен с аналоговой моделью н вычислительным блоком (?).

Недостатком известной системы является то, что она не обеспечивает сбор информации от рассредоточенных объектов при задании постоянной программы измерения для повышения оперативности в контроле за производительностью скважин, реализацию предварительной подготовки информации на районных инженерно-технологических службах для выработки команд управления, текущего прогноза воэможности выполнения производственных программ и централизации сбора информации с объектов нефтедобычи непосредственно со

883366 службы обработки информации для формирования производственных программ.

Цель изобретения — повышение надежности обработки информации и повышение оперативности в управлении. 5

Поставленная цель достигается тем, что система снабжена блоком задания режима изменения, блоком подготовки информации, блоком задания режима поверки, блоком регистрации состояния объектов, блоком прогноза выполнения плана, блоком управления, блоком опроса и формирователем производственных программ, который соединен с вычислительным блоком взаимными связями и блоком управления, подключенным к вычислительному блоку взаимными связями и блоку опроса, которьш соединен с блоком согласования, блок прогноза выполнения плана соединен с блоком контроля выполнения плана и взаимными связями с блоком управления информационными потоками, причем блок регистрации состояния объектов соединен с приемно-передающим устройством и блоком подгоToBKN информации, подключенным к блоку задания режима измерения и взаимными связями к приемно-передающему устройству, а блок задания режима измерения соединен с блоком переключения и блоком обслуживания заявок, а блок задания режима поверки соединен с блоком переключения.

Па центральной инженерно-технологической службе 17 система кроме коммутатора направлений 7 и приемно-передающего устройства

8 содержит блок 18 управления информационными потоками, блок 19 контроля выполнения плана, блок 20 производственных программ, регистратор заявок 21 и блок 22 распределения ресурсов, имеющие световую и цифровую индикацию для диспетчера 14.

В систему включено и база 23 производственного обслуживания, содержащая приемнопередающее устройство 8, блок 24 заданий и табло-график 25.

Имеется служба 26 обработки информации, где установлены блок 27 согласования, вычислительный блок 28, блок 20 долговременной памяти, модели 30 и оптимизаторы 31.

Система имеет кроме указанных блоков также на районных инженерно-,технологических службах блок 32 задания режима измерения, блок 33 подготовки информации, блок 34 задания режима поверки и блок 35 регистрации состояния объектов, и на центральной инженерно-технологической службе 17 блок

36 прогноза выполнения плана и в службе

26 обработки информации блок 37 управления, блок 38 опроса и формирователь 39 производственных программ.

Система функционирует следующим образом.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемой автоматизированной системы управления технологическими процессами.

Система состоит из блоков 1 контроля и управления скважин, блоков 2 управления

35 групповыми измерительными установками (и индивидуальными измерительными установками для отдаленных скважин), связанных с блоками управления других объектов гидравлическим каналом 3 связи, и регистраторов 4 времени, устанавливаемых на скважинах.

Имеются блоки 5 информационного обеспечения, соединенные с районной инженерно-технологической службой 6 телефонными и телемеханическими каналами связи, которая содержит коммутатор 7 направлений и приемнопередающее устройство 8. Блоки 5 информационного обеспечения охвачены взаимными связями с блоками 9 управления сепарацией нефти, блоками 10 управления подготовкой Ы нефти, блоками 11 управления сдачей нефти, блоками 12 управления транспортом газа,, блоками 13 управления закачкой воды и блоком 2 управления групповыми измерительными установками. На районной инженерно-тех нологической службе 6 дежурит диспетчер 14 и имеются блок 15 обслуживания заявок и блок 16 переключения..Блоки 1 управления работой скважин обеспечивают на механизированных скважинах пуск и остановку привода и защитные функции при различных аварийных ситуациях. На фонтанных скважинах осуществляется автоматическая блокировка коллектора при превышении давления выше заданного и при порыве коллектора с автоматической разблокировкой при восстановлении рабочего давления и выкид ном коллекторе. Иа газлифтных скважинах реализуется регулирование подачи газа в зависимости от режима отбора нефти (жидкости) и установленного удельного расхода газа, управление периодической эксплуатацией и защитные функции при авариях. Работой самих скважин управляет групповая измерительная установка, к которой они подключены по оптимальному методу группирования, через блок 2 управления и гидравлический канал 3 связи. Регистратор времени 4 фиксирует действительное время работы скважины.

По технологическому циклу продукция скважин поступает на групповую измерительную установку, где производится процесс измерения и регистрации параметров каждой из подключенных скважин. Блок 2 по команде блока 5 информационного обеспечения подключает очередную скважину на измерение. В зависимости от режима разработки и производительности групповых измерительных установок выбирается постоянная или переменная программа измерения с учетом характеристик самих скважин. Выбор программ измерения осуществляет диспетчер при помощи блока

32 задания режима измерения. С блока 32 через блок 16 переключения и коммутатор 7 направлений подается соответствующая команда на блок 5 информационного обеспечения, чем устанавливается выбранная программа изПри постоянной программе время измерения выбирается одно и то же для всех подключенных скважин с учетом выбранной об-щей погрешности измерения.

Переменная программа измерения задается временным диапазоном по максимальному и минимальному дебитам скважин, подключенных к групповой. Таким образом, измерение каждой скважины осуществляется по индивидуальной самонастраивающейся программе в зависимости от ее параметров. После окончания цикла измерения блок 5 информационного обеспечения формирует сигнал заявки и передает его в районную инженерно-технологическую службу 6, которая осуществляет сбор информации с групповых измерительных установок по методу массового обслуживания заявок. Коммутатор направлений подключает

Ф к направлению, подавшему заявку, приемнопередающее устройство 8, которое подает сигнал опроса на соответствующую групповую и осуществляет прием аварийной и измерительной информации. Приемно-передающее устройство 8 принимает во втором международном коде следующие характеристики обьекта: номер групповой М „p, номер скважины И скв, время измерения 1 изм, дебит жидкости В ж, дебит газа 9 г и процент обводненности продукции скважины. Эта информация поступает в блок 33 подготовки информации, где данные предварительно обрабатываются с целью прогноза суточной производительности скважин по циклическим измерениям. Такая обработка обеспечивает диспетчера оперативной информацией о работе скважин.

По окончании передачи информации блок 5 информационного обеспечения подключает на измерение очередную скважину нри помо|ци блока 2, а на районной инженерно-технологической службе 6 обслуживается очередная заявка.

Газожидкостная смесь поступает на сепараВ результате поверки при помощи трубопоршневой установки формируются поправочные коэффициенты для расходомеров, которые блоком 5 передаются в районную инженерно-технологическую службу 6 и устанавливаются на месте оператором.

Отсепарированный газ с сепарациошьи установок подается на компрессорную станцию, режим которой регулируется блоком 12 управления транспорта газа. Информация (количество газа н фракционной состав) передается спорадически блоком 5 информационного обеспечения.

SS ционные установки с предварительным сбросом балластной воды. Здесь осуществляется сепарация нефти от газа и балластных вод. Управление всеми технологическими процессами на сепарационных установках осуществляется блоком 9 управления сепарацией нефти. Промежуточная регистрация параметров сепарационS 883366 6 ной установки (суммарный дебит жидкости а участка сбора О,, дебит газа tI, г, дебит подаваемой в сырье горячей балластной воды

Q г0и дебит сброшенной балластной воды@ в ь и дальнейшая их передача на районную инженерно-технологическую службу 6 осуществляется своим блоком 5 информационного обеспечения. Сбор информации с сецарационных установок осуществляется по опорадической про10 грамме. мерения на групповой измерительной установке. Отсепарированная от газа и частично от балластной воды нефть поступает на установку товарной подготовки. Здесь нефть обессоливается и обезвоживается, доводится до то15 варной кондиции и сдается потребителю. Регу-, лирование технологическими процессами на установке товарной. подготовки и товарносдаточными операциями на установке товарной сдачи осуществляется блоками 10 н 11 управления подготовкой нефти H сдачей нефти.

Информация с блоков 10 и ll управления подготовкой нефти и сдачей нефти. Информация с блоков управления подготовкой 10 (количество подготовленной нефти, количество затраченного реагепта и тепла и количество сданного нестабильного бензина) и сдачи

11 (количество сданной нефти и ее качества) передается на районную инженерно-технологическую службу 6 блоками S информационноЗ0 го обеспечения но спорацической программе.

Для обеспечения требуемой, точности сдал товарной продукт (товарной нефти) производится поверка средств измерений расхода на установке товарной сдачи при помощи трубопоршневых установок или образцовых счетчиков. Поверка может осуществляться в начале и конце товаросдаточных операций, но не реже одного раза в декаду. Команда на поверку формируется в районной инженернотехнологической службе 6 диспетчером 14 прн помощи блока 34 задания режима поверки.

Сигнал (команда на поверку) поступает с блока 34 через блок 16 переключения, коммутатор 7 направлений и блок 5 информационного обеспечения на блок 11 управления

45 сдачей нефти.

7 883366

Балластная вода подготавливается для закач ки в пласт на очистных сооружениях и эакачивается в пласт цехом поддержания пластового давления, который кроме этого закачивает и пресную воду. Регулирование процессами осуществляется блоком 13 управления закачкой воды. Информация (количество эакаченной пресной и соленой воды, расход коагулянта и расходы по кустовым насосным стантшям) передается на районную инженерно-технологи- 10 ческую службу 6 блоком 5 информационного обеспечения.

Информация о времени работы скважин от регистратора 4 времени передается на районную инженерна-технологическую службу. 6 t 5 через оператор. Информация с групповых измерительных установок передается по стохастической или циклической программе,. а со всех остальных объектов по спорадической программе. Характер работы аппаратуры районной ин- 20 женерно-технологической службы задается диспетчером 14 через блоки 15 обслуживания заявок, который воздействует на коммутатор

7 направлений и приемно-передающее устройство 8 через блок 16 переключения. На район- 2 най инженерна-технологической службе 6 регистрируется аварийное состояние групповых измерительных установок и Объектов ППД.

При этом обеспечивается расшифровка адреса объекта, подавшего аварийный сигнал. Кроме того, диспетчер осуществляет передачу через приемно-передающее устройство измерительнои., контрольной и производственно-Технологической информаций, а также з ивок на транспорт и ремонт на центральную инже35 . перно-технологическую службу 17. В этом режиме блок 16 переключения блокирует коммутатор 7 направлений и объекты ожидают конца передачи, Обеспечивается также расшифровка адреса и отключение or направления

40 групповой измерительной установки, на которой произошло аварийное отключен не электроэнергии. На райошгой инженерно-технологической службе 6 полную обработку информации не производят, а осуществляют предварительную подготовку данных, чтобы Обеспечить требуемое оперативное управление объектами нефтедобычи. Аварийная информация с приемно-передающего устройства 8 поступает, на- блок 35 регистрации состаяши объектов и формируется наглядная ситуация о работе каждого. звена технологического цроцес а добычи, подготовки и сдачи нефти H поддержания пластового давления. Как правило, перед работой диспетчер 14 задает исходную ситуацию блоку 35. Затем в процессе рзботзл си- > туационная картина состояния объектов Beфгедобычи автамз<ически меняется при наличии соответствующей информации.

8 роли центрального регулирующего объек- га по дзнной схеме используется сепарационная установка, управляющие воздействия на другие объекты сбора и подготовки которая передает по гидравлическим каналам 3 связи.

Это позволяет при необходимости производить переключение жидкостных потоков (обводнение и не обводнение скважины) и регулировать подачу нефти на подготовку.

Вся производственно-технологическая информация на центрзльной инженерно-технологической службе 17 принимается через коммутатор направлений 7 своим приемо-передающим устройством 8, Принятая информация предварительно аналиэйруется, систематизируется и распределяется по соответствующим блокам диспетчером 14 через блок 18 управления информационными потоками. Информация может и непосредственно поступать с приемо-передающего устройства 8 на блок 18 управления информационными патОками.

Контрольная и измерительная информация от объектов добычи, подготовки и сдачи неф-. ти и газа поступает в блок 19 контроля выполнения плана. В зависимости от поступившей информации блок 19 контроля выполнения плана производит регистрацию с визуальным воспроизведением календарного времени и хода выполнения суточных плановых заданий для целей оперативного управления и учета, а также суммирует ежесуточные показатели для организации месячной отчетности.

Кроме того, блоком 19 производится сравнение полученной информации с плановыми заданиями, занесенными в блок 20, и выбирается информация рассогласования, которая визуально воспроизводится для диспетчера. На основании анализа информации рассогласования диспетчер принимает решения, о которых информирует районные инженерно-технологические службы 6 через приемно-передающее устройство 8. По суточной и накопленной информации по показателям производительности объектов с блока 19 контроля выполнения плана блок 36 прогноза выполнения плана формирует вероятность выполнения месячных заданий для каждого технологического подразделения, исходя иэ количества действующих скваж ш. Этим обеспечивается выработка соответствующих организационно-технических (геолого-технических мероприятий) для выполнения плановых заданий по добыче и подготовке нефти. Корректировка прогноза производится при поступлении новой информации о работе .и производительности объектов.

Информация по ззявкам на обслуживание заносится диспетчером через блок. 18 управления информационными потоками в регистратор 21 заявок, которзяй их фиксирует. По результатам анализа заявок диспетчер производит распределение ресурсов, записанных в блоке 22. Информация об удовлетворении заявок и решений диспетчера передается через приемно-передающее устройство 8 на базу производственного обслуживания 23, где принимается своим приемно-передающим устройством

8 и поступает на блок заданий 24 и на табло-график 25, где фиксируется сама заявка и ответ на нее. Ответная информация об удовлетворении заявки поступает и на центральную инженерно-технологическу»о службу 17. Таким образом, имеется наглядная картина стратегии обслуживания заявок. Кроме того, на базе 23 производственного обслуживания табло-график

25 регистрирует текущий план проведения геолого-технических мероприятий и ремонтных работ на определенный интервал оперативного управления (декада и месяц). Данный план рассогласован с ресурсами, которые имеются на предприятии и зафиксированы блоком 22 распределения ресурсов. Информация о выполнении плановых мероприятий поступает с базы 23 на центральную инженерно-технологическую службу 17.

Вся контрольная и измерительная информация,.кроме заявочной, поступает в службу 26 обработки информации. Через блок 27 согласования информации поступает на вычислительный блок 28 или в блок 29 долго30 временной памяти. Здесь осуществляется обработка поступающей информации, решение требуемых производственных задач с использованием моделей 30 и оптимизаторов 31 и выработка рекомечдаций по очтимизации производственных процессов. Часть; обработанной информации заносится в блок 29 долговременной памяти вычислительного блока 28.

Результаты решения задач передаются на центральную инженерно-технологическую службу 17, где разносится блоком 18 управления 4î информационными потоками в блок 20 производственных программ и блок 22 распределения ресурсов, а также доводятся до сведения соответствующих районных инженернотехнологических и других служб. 45

Со службы 26 обработки информации может осуществляться непосредственно сбор информации со всех районных инженерно-технологических служб 6. Блок 37 управления подает команду на вычислительный блок 28, о которые воздействуют на блок 38 опроса.

Через блок 27 согласования блок 38 опроса в определенной последовательности, задаваемой вычислительным блоком 28, подает опрос ный сигнал на выбранную районную инженерно-технологическую службу 6, Здесь опросный сигнал принимается через коммутатор 7 направлений приемно-передающим устройством

8. Этот сигнал воздействует на блок 33 под10 готовки информации, который включается в режим передачи информации, которая будет передаваться в службу 26 обработки информации. По окончании приема информации о выбранной районной инженерно-технологической службы блок 38 опроса выбирает следующее подразделение . Опрос районных инженерно-технологических служб может осуществлять. ся и выборочно при. отработке конкретных команд оперативного управления.

Служба 26 обработки информации в конце

»п»тервала оперативного управления (месяц, квартал и год) формирует производственные программы (режнм для всех технологических объектов производственного цикла) на последующий интервал. Причем эта операция осу- ществляется с некоторым запаздыванием относительного ко»ща текущего интервала управпения (за несколько дней), что вызывает необходимость применения методов аппроксимашш функции производительности каждого объекта нефтедобычи вероятностными моделями (или другими способами) по статистическим данным прошедшего периода эксплуатации.

Блок 37 управления запускает формирователь 39 производственных программ, который первоначально формирует режим отбора нефти из пластов для всего эксплуатационного фонда скважин. Режимы формируются для. фонтанных, газлифтных и газовых скважин и механизированных скважин по комплексному алгоритму с учетом общей модели прогноза и необходимости занесения в выходные формы разных геологопромысловых показателей для отдельных типов скважин.

Выбор и оптимизация режима отбора осуществляется, исходя из требований плана с учетом рациональной разработки месторождения при достижении максимального коэффициента эксплуатации скважин. Прн этом формируется план проведения необходимых геолого-технических и других организационно-технических мероприятий по каждому,подразделению, Формируются итоговые данные но режимам для каждой районной инженерно-технологической службы и нефтегазодобывающего управления в целом. Исходя иэ требований поддержания пластового давления при выбранных режимах отбора, формируются режимы нагнетательных скважин. Для гаэлифта при формировании режима газовых скважин производится оптимизация газовых потоков с учетом требуемого отбора жидкости с пласта и запасов свободного газа. Затем формируются режимы формирователем

39 для объектов подготовки и сдачи нефти, попутного газа и воды. Функционирование формирователя 39 осуществляется совместно с вычислительным блоком 28, аналоговыми

883366

11 моделями 30 и оптимизатором 31. Затем qepe блок 27 согласования передают режимы на центральную инженерно-технологическую службу 17, где заносятся в блок 20 произ- . водственных программ, районные инженернотехнологические службы .6 и базу производственного обслуживания 23, которые затем реализуют эти управляющие воздействия.

После формирования режимов, служба 26 обработки информации производит обработку отчетных показателей с выдачей соответствующих форм отчетности по всем объектам нефтедобычи, Предлагаемая автоматизированная система управления технологическими процессами нефтедобычи позволяет централизовать сбор и обработку текущей производственной информации с разумной доцентрализацией ее предварительной подготовки, охватить едвиым циклом сбора различные объекты по своему функционированию, оперативно представлять ситуацию по выполнению производственных заданий на конец интервала оперативного управления и реализовать формирование производственных программ с учетом предыстории

25 и наличия ресурсов, Технико-экономическая эффективность от применения системы будет достигнута за счет уменьшения простоев объектов нефтедобычи, рационального использования ресурсов для реализации требуемых геологотехнических и ремонтных мероприятий, что приведет к уменьшению потерь средств на производство и увеличение добычи нефти в целом при максимизации коэффициента отбора по месторождению.

Формула изобретения з

Автоматизированная система управления технологическими процессами нефтедобычи по

12 авт. св. М 409550 отличающаяся тем, что, с целью повышения, надежности управления технологическими процессами, она снабжена блоком задания режима измерения, блоком подготовки информации, блоком задания режима поверки, блоком регистрации состояния объектов, блоком прогноза выполнения плана, блоком управления, блоком опроса и формйрователем производственных программ, при этом формирователь производственных программ соединен с вычислительным блоком взаимными связями и блоком управления, подключенным к вычислительному блоку взаимными связями и блоку опроса, который соединен с блоком согласования, причем блок прогноза выполнения плана соединен с блоком контроля выполнения плана и взаимными связями с блоком управления информационными потоками, а блок регистрации состояния объектов соединен с приемно-передающим устройством и блоком подготовки информации, который подключен к блоку задания режима измерения и взаимными связями к приемно-передающему устройству, причем блок задания режима измерения соединен с блоком переключения и блоком обслуживания заявок, а блок задания режима поверки соединен с блоком переключения и блоком обслуживания заявок, а блок задания режима поверки соединен с блоком переключения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 409550, кл. Е 21 В 47/00, G 01 F 15/00, 1971.

883366

Составитель Г. Данилова

Техред З.Фанта Корректор Е. Рошко

Редактор Н. Кончицкая

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10149/47 Тираж 630 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делай изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5