Референс

Автоматизированные системы управления производственно-технологическими комплексами добычи газа и газового конденсата. Функционально-технические требования к локальным системам автоматизации в составе автоматизированных газовых промыслов на принципах малолюдных технологий.

Объект исследования – технологические объекты добычи и подготовки газа.

Цель работы – разработка функциональных требований к локальным системам автоматизации в составе автоматизированных газовых промыслов на принципах малолюдных технологий.

Результат работы - Р Газпром «Автоматизированные системы управления производственно-технологическими комплексами добычи газа и газового конденсата. Функционально-технические требования к локальным системам автоматизации в составе автоматизированных газовых промыслов на принципах малолюдных технологий».

Новизна работы - создание функциональных требований к локальным системам автоматизации в составе автоматизированных газовых промыслов на принципах малолюдных технологий, позволяющих унифицировать технические решения, применяемые проектными организациями, обеспечить единообразие функций, выполняемых локальными системами автоматизации на технологических объектах добычи и подготовки газа.

Эффективность при использовании результатов работы планируется получить от:

- обеспечения эффективного, безопасного и надежного функционирования локальных систем автоматизации в составе автоматизированных газовых промыслов на принципах малолюдных технологий;

- снижения сроков проектирования и создания локальных систем автоматизации в составе автоматизированных газовых промыслов на принципах малолюдных технологий;

- снижения потерь, связанных с принятием неэффективных технических решений на стадиях проектирования и создания локальных систем автоматизации в составе автоматизированных газовых промыслов на принципах малолюдных технологий;

- снижения количества обслуживающего и эксплуатирующего персонала за счет автоматизации выполнения штатных технологических операций и повышения надежности и безопасности управления технологическими процессами.

В настоящее время увеличилась доля трудноизвлекаемых запасов нефти и составляет около 65%. Эксплуатация новых месторождений существующими технологиями позволяют только компенсировать падение добычи на старых месторождениях. Применяемые методы увеличения нефтеотдачи и интенсификации притока для трудноизвлекаемых запасов не позволяют значительно увеличить эффективность выработки запасов. Поэтому разработка технологий, позволяющих повысить эффективность разработки нефтяных месторождений и добычу нефти в осложнённых условиях, является актуально задачей.

Работа посвящена разработке системы управления стендом, предназначенным для исследования установок погружных насосов в условиях повышенного содержания солей (рис.1). Созданная система управления разработана и внедрена на базе ЗАО «Новомет-Пермь» совместно с РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.

Рис.1 Стенд для моделирования повышенного содержания солей

Структурная схема системы управления стендом, приведена на рис. 2. 

Рис.2 Структурная схема системы управления стендом

Сводные параметры объекта управления приведены в табл.1. К аналоговым входам системы управления подключены датчики давления, температуры, расхода, потенциометры исполнительных устройств. К дискретным входам – концевики и муфты исполнительных устройств. Дискретными выходами управляются исполнительные устройства. По протоколу промышленной сети Profibus подключена станция управления частотно-регулируемым приводом насоса.

Таблица 1

Сводная таблица измеряемых и регулирующих параметров объекта управления

Основные функции системы управления:

• сбор данных с объекта управления (температура, давление, расход, уровень, степень открытия исполнительного устройства, характеристики частотно-регулируемого привода);
• хранение и отображение параметров работы стенда, индикация текущего состояния объекта, формирование отчетов испытаний, построение графиков зависимостей параметров в интерфейсе оператора (рис.3);
• управление объектом в соответствии с выбранным режимом работы (рис.4а);
• аварийный мониторинг и аварийный останов объекта управления (рис.4б).

Рис.3 Интерфейс оператора

Рис.4а Режимы работы стенда

Рис.4б Аварийные уставки и аварийный останов стенда

Система управления разрабатывалась с учетом особенностей создания приложений с помощью модуля LabVIEWReal-Time и имеет соответствующую архитектуру, состоящую из:  хост программы и целевой программы.

Система управления разработана на базе контроллера NI PXI-8109 и модулей NI PXI-6239, NI PXI-6511, NI PXI-2569, NI-6221, PXI PROFIBUS, установленных в шасси NI PXI-1044. В качестве среды разработки использовалось NI LabVIEW 2012.

Стенд с разработанной системой управления предназначен для исследования характеристик установок погружных насосов производителей насосного оборудования для нефтяной отрасли в осложнённых условиях, близким к параметрам эксплуатации нефтяных скважин.

Постановление Ростехнадзора в области Охраны недр №71 от 06.06.2003, пункт №113, предъявляет существенные требования к реализации одновременно-раздельной эксплуатации (ОРЭ).

ОРЭ нескольких объектов допускается только при наличии сменного внутрискважинного оборудования, обеспечивающего возможность реализации раздельного учета добываемой продукции, промысловых исследований каждого пласта раздельно и проведения безопасного ремонта скважин с учетом различия давлений и свойств пластовых флюидов.

ОРЭ пластов через одну скважину – это комплекс технических и технологических мероприятий, позволяющих воздействовать через одну скважину на каждый разделяемый пласт многопластового нефтяного месторождения с целью обеспечения его выработки в оптимальном режиме.

ОРЭ позволяют наиболее интенсивно проводить разработку одной сеткой скважин одновременно несколько залежей, резко отличающихся по коллекторским свойствам, составу флюида и глубине залегания.

Внедрение ОРЭ позволит:

1. Сократить капитальные вложения на бурение скважин.
2. Увеличить степень охвата, интенсивность освоения многопластовых месторождений, нефтеотдачу и дебит скважин за счет раздельного вовлечения в разработку разнопроницаемых пластов.
3. Управлять пластовыми давлениями, регулировать направления и скорости фильтрации пластовых флюидов.
4. Предотвращать взаимовлияние пластов через скважину.
5. Обеспечить учет добываемой продукции из каждого пласта и закачиваемого в него рабочего агента без проведения спуско-подъемных операций.
6. Отсекать пласты для предотвращения техногенного воздействия на них.
7. Расширить возможности гидродинамических методов воздействия на группу пластов одной сеткой скважин.
8. Проводить исследования (ГДИ, КВД) эксплуатируемых объектов со спуском каротажных приборов по НКТ и/или приборов установленных стационарно для каждого пласта при спуске компоновок без подъема УЭЦН.
9. Соблюдать требования государственного регулирования по рациональному недропользованию.

В рамках проекта:

1. Разработаны технические требования для применения систем ОРЭ.
2. Разработаны критерии выбора скважин для применения систем ОРЭ.

Имитационный стенд для тестирования алгоритмов управления объектов нефтегазовой отрасли

Презентации:  (рус:eng) Статьи: (рус:eng)

Постановка задачи

С каждым годом системы автоматического управления становятся все более сложными. На практике, как производители, так и заказчики АСУТП заинтересованы в оперативном внедрении данных систем. Но при этом одной из главных проблем на сегодняшний день остается отсутствие возможности полноценной проверки АСУТП на этапе разработки системы.

В связи с этим система управления находится в недостаточной функциональной готовности на момент ее поставки на объект. В свою очередь это приводит к:

• увеличению сроков пуско-наладочных работ;
• возникновению угрозы безопасной работы объекта управления;
• снижению экономической эффективности, как со стороны производителя системы управления, так и со стороны заказчика.

Решение

Решением обозначенных выше проблем может стать проверка функций и алгоритмов управления АСУТП с помощью имитационного стенда. Стенд позволит выявлять и устранять недостатки программно-аппаратного обеспечения, а так же осуществлять тонкую настройку алгоритмов управления до поставки системы на объект.

В свою очередь это позволит:

• сократить время пуско-наладочных работ;
• снизить риски возникновения аварийных ситуаций во время испытаний АСУТП;
• повысить рентабельность технологической установки благодаря улучшению эксплуатационных качеств системы управления.

Требования к имитационному стенду

Для решения поставленной задачи необходимо, чтобы имитационный стенд удовлетворял следующим требованиям:

• Стенд должен быть оснащен динамической моделью, осуществляющей имитацию поведения реального объекта с заданной точностью.
• Взаимодействие стенда с АСУТП должно осуществляться на уровне физических каналов связи.
• Стенд должен обеспечивать возможность автоматизированного тестирования алгоритмов управления.
• Стенд должен быть достаточно мобильным для организации выездного тестирования АСУТП на объекте.

Структурная схема имитационного стенда

Приведем опыт разработки  имитационного стенда для тестирования алгоритмов управления газоизмерительной станции (АСУТП ГИС). Газоизмерительная станция представляет собой технологический объект, входящий в состав газотранспортной системы, который осуществляет коммерческий учет природного газа.

Рассмотрим принцип действия имитационного стенда на примере его упрощенной структурной схемы.

Рис.1 Структурная схема имитационного стенда и АСУТП на примере ГИС

Модель газоизмерительной станции осуществляет вычислительный процесс для расчета значений технологических параметров. Далее эти значения передаются в SCADA-приложение, которое осуществляет вывод информации на экран оператора стенда, а так же производит дальнейшее преобразование данных для передачи информации по физическим каналам связи в АСУТП ГИС.  

В свою очередь АСУТП ГИС в соответствии с заложенными алгоритмами формирует управляющие воздействия на объект, а так же передает данные на верхний уровень.

Требования к функциям модели ГИС

Для полноценного тестирования алгоритмов АСУТП необходимо, чтобы имитационная модель ГИС осуществляла:

• расчет технологических параметров процесса в динамике;
• позволяла моделировать основные режимы эксплуатации, такие как: пуск, останов, переход с режима на режим;
• имела возможность имитации отказов оборудования.

Модель ГИС

На рис. 2 представлен фрагмент имитационной модели ГИС, разработанной в пакете Pipel. На фрагменте приведены основные технологические узлы газоизмерительной станции:

• участок линейного газопровода с двумя секущими кранами;
• узел подключения ГИС;
• пять измерительных трубопроводов;
• свечная обвязка ГИС.

Рис. 2 Имитационная модель ГИС

АСУТП, операторский интерфейс

Для управления моделью и задания различных режимов работы был разработан операторский интерфейс имитационного стенда (рис. 3). Он представляет собой главный мнемокадр, на котором расположены:

• технологическая схема ГИС с измерительными и исполнительными устройствами;
• тренды основных технологических параметров;
• панель задания краевых условий моделирования;
• органы переключения режимов управления и подачи сигнала аварийного останова.

Рис. 3 Операторский интерфейс

Менеджер тестирования

В соответствии с требованием к имитационному стенду об автоматизированной проверке алгоритмов АСУТП был разработан менеджер тестирования, который обеспечивает:

• задание сценариев работы объекта;
• проверку выполнения алгоритмов АСУТП;
• формирование отчетов о результатах тестирования.

Внедрение стенда позволяет

• сократить время пуско-наладочных работ;
• снизить риски возникновения аварийных ситуаций во время испытаний и эксплуатации АСУТП;
• повысить рентабельность установки благодаря улучшению эксплуатационных качеств системы управления.

Ссылки

1. Российское представительство компании National Instruments.