+7 (3812) 66 01 25

Карта сайта

Интеллектуальные решения для промышленной автоматизации

Технология комплексного мониторинга и адаптивного управления «ARTLIFTCONTROL™»


Типовые решения интеллектуальной технологии комплексного мониторинга и адаптивного управления механизированным фондом скважин «ARTLIFTCONTROL™»

Highslide JS

Технология мониторинга добычи нефти. Основная концепция.

Технология комплексного мониторинга и адаптивного управления «ARTLIFTCONTROL™» предназначена для обеспечения оптимального ресурсосберегающего управления нефтедобывающими скважинами механизированного фонда на различных эксплуатационных режимах путём мониторинга подземных и наземных параметров их работы при помощи встроенных средств погружной и наземной телеметрии и адаптивного регулирования производительности насосного оборудования.

В совокупности со смежными информационными системами, применяемыми в НК, ARTLIFTCONTROL™ реализует концепцию "интеллектуальное месторождение" (Smart field).

В целом «ARTLIFTCONTROL™» ориентирована на встраивание в информационно-управляющую технологическую вертикаль, которую в отраслевой прессе принято называть «пирамида задач», применительно к менеджменту в сфере разработки актива. (Рис. 1). При этом, учитывая, что на всех уровнях этой пирамиды имеется довольно большое разнообразие технологических данных и критериев оптимизации, построение автоматизированной системы, в полной мере покрывающей эти задачи, становится крупной, если не сказать глобальной проблемой, для решения которой требуется разработка большого количества подсистем, программных и, в некоторых случаях, аппаратных средств. Например, это наглядно подтверждается структурой создаваемой в ОАО «Газпром нефть» системы ЭРА, проектируемой как большой набор информационных модулей и подсистем, работающих на различных информационных уровнях. Например: система «Геобанк», система «Шахматка и техрежимы» и пр. на нижнем уровне, модуль учета анализа и прогноза осложнений и т.п. на аналитическом уровне, подсистема «Оптимум Памп» на уровне интеграции и т.д.

Highslide JS

В связи с этим, каждая из подсистем может быть разработана и отлажена самостоятельной командой специалистов, тщательно исследующих конкретную задачу и профессионально решающих набор узко-специфических проблем.

По сути, команда, работающая над «ARTLIFTCONTROL™» представляет собой центр компетенции по выбранному направлению. Этим направлением является разработка подсистемы, в структуре описанной информационной вертикали, отвечающей за оптимальное управление погружным оборудованием добывающих скважин с точки зрения следующих критериев оптимизации:

  • Увеличение дебитов скважин (адаптация под условия притока);
  • Снижение энергозатрат на подъем жидкости (энергоэффективность);
  • Увеличение ресурса подземного оборудования (МРП)

Управляющим фактором, на который воздействует подсистема, является производительность (подача) внутрискважинных насосов  - УЭЦН, ШГН и пр.

Учитывая противоречивость указанных критериев, выражающаяся в несовпадении, в общем случае, оптимальных значений единственного управляющего параметра для каждого из них в отдельности, возникает сложная задача выработки комплексного критерия, учитывающего все факторы в сбалансированном виде. Кроме того, алгоритмы расчета оптимумов для каждого критерия в отдельности, сами по себе весьма сложны и требуют учета большого количества статических и динамических параметров. Также необходимо учесть, что инерционность процессов, влияющих на оптимизируемые параметры, существенно дифференцирована и может составлять от нескольких секунд (например, влияние перегрузки по току погружного двигателя на ресурс ПЭД и установки в целом) до месяцев (например, влияние величины притока из пласта на развитие скин-фактора в призабойной зоне). В связи с этим, важнейшими условиями эффективно работающей подсистемы является оптимальное распределение алгоритмического обеспечения между инструментальными уровнями в пирамиде программно-технических средств, реализующих задачи управления, а также, качество самих алгоритмов (Рис.2).

Highslide JS

Но сколь совершенны не были бы вычислительные и управляющие алгоритмы в такого рода системе, для их успешного функционирования должен быть налажен высокоэффективный обмен данными непосредственно с объектом, т.е. с наземным и подземным скважинным оборудованием, учитывая, что подсистема должна получать данные и выдавать управляющие воздействия в режиме реального времени.

Таким образом, первоочередной и важнейшей задачей становится создание высококачественного комплекса промысловой телемеханики, отвечающего заданным требованиям быстродействия, гибкости и алгоритмической наполненности. Наш многолетний опыт от НИОКР до внедрения пилотных образцов интеллектуальных информационно-управляющих систем для механизированной добычи на различных объектах в Западной Сибири показал, что в абсолютном большинстве случаев штатная промысловая телемеханика, спроектированная и внедренная  в 90-е, 2000-е годы не пригодна для решения поставленных задач. Но, что особенно важно, часто ее модернизация, ведущаяся уже в сегодняшнее время на многих объектах в отрасли, состоящая по большей части в модернизации и увеличении пропускной способности каналов связи и подключении к ним дополнительных источников технологических данных (например, параметров станций управления погружными насосами, подземных термо-манометрических систем), так же не в полной мере отвечает заданным требованиям.

Дело в том, что сама архитектура стандартных систем телемеханики, в лучшем случае строящихся по принципам классических распределенных АСУТП, а зачастую не соответствующая даже такому уровню, не дает возможности создать на их базе эффективно работающую интеллектуальную систему мониторинга и адаптивного управления механизированным фондом скважин. Причина, прежде всего, в отсутствии гибкости, невозможности оптимально распределить алгоритмическое обеспечение между программно-аппаратными уровнями, сложности взаимодействия со смежными подсистемами.

Поэтому с самого начала мы поставили себе целью создать и освоить в серийном производстве  специализированный комплекс телемеханики, наиболее полно отвечающий требованиям разрабатываемой технологии. Такой комплекс нами был создан и отработан в реальной эксплуатации. С точки зрения соответствия задачам построения интеллектуальных систем мониторинга и управления, адаптированности к особенностям технологической инфраструктуры на Российских нефтепромыслах, соотношения цена \ качество, он, на сегодняшний день, является лучшим в отрасли. Главным принципиальным отличием его от «классических» систем телемеханики  является высокая степень специализированности. Подобно тому, как на нефтеперерабатывающих заводах внедряются системы мониторинга состояния динамического оборудования (такие, как системы вибромониторинга КОМПАКС®), которые не являются частью АСУТП или ПАЗ технологических установок, а представляют собой самостоятельные законченные системы, программно-технический комплекс, применяемый нами (ПТК «ArtLiftControl™»), является специализированным набором средств, разработанных под конкретную технологическую задачу. При этом, в случае необходимости, он полностью покрывает требования стандартной промысловой телемеханики и может внедряться на реальных объектах как параллельно с существующей системой, так и вместо нее (во время ее реконструкции или на вновь вводимых объектах).

Концепция, заложенная в основу технологии, состоит из следующих принципиальных подходов:

  • «ARTLIFTCONTROL™» является комплексным решением, включающим в себя методологическое, алгоритмическое, математическое (информационное), программное и аппаратное обеспечение. При этом базовым средством реализации технологии на конкретном объекте является программно-технический комплекс «ArtLiftControl™», состав и исполнение которого варьируется в зависимости от требований заказчика и инфраструктуры объекта и смежных систем.
  • Важнейшим условием успешности внедрения является способность системы адаптироваться ко всем типам наземного и подземного оборудования, эксплуатируемого на промыслах компании. Этот фактор позволяет обеспечить максимальный охват механизированного фонда без  больших капитальных затрат на замену смежного оборудования;
  • Универсальность (гибкость) внедряемой системы, обеспечиваемая наличием постоянного и переменного составов оборудования и программных модулей, позволяющих модифицировать систему при проектной привязке к конкретному объекту, путём добавления или замены элементов без нарушения целостности основного состава ПТК. Такой подход позволяет при промышленном внедрении выбирать максимально экономичный вариант комплектации для существенно различного по своим характеристикам скважинного фонда – высоко-, низко-, средне – дебитного, с различными видами осложнений и т. д.;
  • Максимальная дружественность программных интерфейсов ПТК, позволяющая производить конфигурацию и настройку программного и аппаратного обеспечения системы в процессе эксплуатации силами конечных пользователей (технологических служб) без привлечения программистов и системщиков. Это качество позволяет максимально эффективно настраивать работу комплекса в условиях частой смены наземного и подземного оборудования скважин.
  • Обеспечение возможности дальнейшего наращивания функций системы путём добавления программных модулей верхнего уровня, интеграции в единую систему информатизации рабочих мест специалистов технологической вертикали предприятия, наращивания функций системы путем подключения других объектов телемеханизации (ППД, ДНС, УПСВ), а также, сопряжения с уровнем информационного обеспечения компании.

Программно-Технический комплекс

ПТК «ArtLiftControl™» представляет собой специализированный программно-аппаратный комплекс, выстроенный по иерархическому принципу. Все оборудование, входящее в состав ИТК, сертифицировано и имеет соответствующее климатическое исполнение. Информационно-организационная структура ПТК «ArtLiftControl™» разработана на основе анализа мирового опыта в данной области, встраивается в 5-ти уровневую модель организации систем удаленного мониторинга, и в целом, в совокупности со смежными информационными системами, применяемыми в НК, соответствует концепции  интеллектуального месторождения.

Программное обеспечение

Highslide JS

Программное обеспечение технологии«ARTLIFTCONTROL™» состоит из следующих функциональных блоков:

  1. Программного обеспечения полевого уровня для локального сбора и подготовки данных на площадках скважин и оперативного управления и защиты скважинного оборудования.
  2. Программного обеспечения для организации эффективного обмена данными измерений и команд.
  3. Программного обеспечения хранения данных (базы данных)
  4. Программного обеспечения анализа и оптимизации процесса добычи.
  5. Программ клиентских рабочих мест – окна визуализации и отчетные формы для персонала.
  6. Модулей сопряжения со смежными информационными системами.

Отличительными особенностями программного обеспечения ПТК  ArtLiftControl™ являются встроенные интеллектуальные алгоритмы подстройки сервера обмена и станций сбора данных под условия связи. Алгоритмы первичной обработки и интеллектуального прореживания данных с наиболее точной фиксацией переходных процессов на скважине при существенном сокращении нагрузки на каналы связи и средства хранения данных. Алгоритмы поддержания заданных режимов работы при пропадании  связи с верхним уровнем.

Комплекс телемеханики Crossmaster™

Предприятием разработан, сертифицирован и освоен в серийном производстве комплекс средств телемеханики «Crossmaster™» .

Комплекс предназначен для построения многоуровневых иерархических автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), и выполняет все необходимые функции в соответствии с ГОСТ 26.205-88. При этом, комплекс спроектирован с учетом особенностей и требований связанных с работой в составе интеллектуальных систем на территориально распределенных объектах. Это делает его удобным для построения систем мониторинга и управления в нефтедобыче.

Комплекс представляет из себя набор программных и аппаратных средств и осуществляет сбор и первичную обработку информации, специальную обработку данных (сжатие, интеллектуальное прореживание), переключение между основным и резервными каналами связи, управление приводами (по заданному режиму), защиты, блокировки, авторегулирование, ведение  оперативной базы данных сигналов, развитый пользовательский и сервисный интерфейсы.

Программное обеспечение нижнего уровня, работающее под операционной системой  Windows Embedded, поддерживает всевозможные линейки IBM совместимого оборудования, подбираемые по желанию заказчика.

Отличительной особенностью Crossmaster 2™ является относительно мощный и гибкий контроллер на нижнем уровне, поддерживающий высокоуровневое программирование, что дает возможность переноса на уровень кустовой площадки или отдельной скважины достаточно сложных и развитых алгоритмов управления. Эта особенность позволяет в рамках технологии ARTLIFTCONTROL™ добиваться оптимального распределения интеллектуального алгоритмического обеспечения между уровнями системы с точки зрения надежности, себестоимости и функциональности. Такое оптимальное распределение функций обеспечивает лучшее соотношение функции\затраты по сравнению с другими конфигурациями, в т.ч. такими, как использование так называемых интеллектуальных станций управления УЭЦН, активно продвигаемых в настоящее время на Российском рынке.

В настоящее время программное обеспечение контроллеров Crossmaster 2™ обеспечивает полную инвариантность по отношению к составу  наземного и подземного оборудования на кустовых площадках отечественных нефтепромыслов за счет предустановленных драйверов (протоколов) обмена со всеми, используемыми в отрасли видами и марками оборудования.

 

Аппаратная конфигурация контроллеров полностью покрывает имеющиеся потребности и предоставляет резерв для будущих расширений системы. Используются только качественные комплектующие изделия, прошедшие длительные испытания в условиях реального промысла.

Технико-экономическое обоснование

Технология ARTLIFTCONTROL™ рассчитана на получение выраженного экономического эффекта в следующих аспектах:

  • Увеличение добычи нефти за счет сокращения простоев оборудования и эксплуатации скважин в режимах наиболее приближенных к потенциалу;
  • Экономия электроэнергии и ресурсов за счет управления оборудованием на режимах с приближенными к максимальным значениям КПД;
  • Увеличение наработки внутрискважинного оборудования за счет предотвращения нерасчетных эксплуатационных режимов, уменьшения неоправданных остановок,  а также, за счет повышения уровня ответственности персонала;
  • Сокращение трудозатрат технологического и обслуживающего персонала за счет удаленного контроля и управления, автоматизации большинства функций управления и настройки.

Можно выделить следующие факторы эффективности:

Информационная составляющая, определяемая кратным повышением информационной полноты(наблюдаемости, достоверности и быстродействия (оперативности) расширенного контроля технического состояния процесса эксплуатации скважин с учетом фактических гидродинамических параметров.

Регулирующая составляющая, заключающаяся в оптимизации эксплуатационного режима скважин (равновесных режимов системы «пласт – скважина – насосная установка») путем согласования добычной возможности пласта (характеристики притока) с производительностью насосной установки (характеристики истечения) путем регулирования частоты вращения ротора погружного электродвигателя.

Диагностическая составляющая, реализуемая за счет непрерывного мониторинга технического состояния насосной установки и скважины, в том числе по комплексным характеристикам.

Сокращение количества технологических операций за счет:

  • Передача параметров со станций управления УЭЦН, ШГН (токов, напряжений, частоты и др.) в совокупности с расширенными диагностическими функциями позволяет сократить работу персонала по контролю за режимами работы погружной и наземной установки непосредственно на кустовой площадке.
  • Наличие алгоритма автоматического вывода скважины на режим сокращает количество времени работы персонала на кустовой площадке при выводе скважины на режим.
  • Применение погружных датчиков телеметрии (стационарных эхолотов) позволяет снизить количество операций по контролю уровня скважины, а наличие встроенного алгоритма пересчета давления в уровень и обратно позволяет отображать параметры в удобном (привычном) виде.
  • Дистанционный контроль параметров буферного, затрубного давления и температуры дает дополнительную информацию о состоянии работы скважины и позволяет сократить работу персонала по контролю данных параметров непосредственно на кустовой площадке.
  • Встроенный алгоритм расчета дебита скважины по косвенным параметрам с поверкой по АГЗУ позволяет получать непрерывный дебит между замерами АГЗУ и настроить АГЗУ на меньшее количество замеров дебита в сутки, что приведет к увеличению межремонтного периода АГЗУ.
  • Вычислительная мощность Crossmaster позволяет обрабатывать одновременно с нескольких десятков станций управления с большой частотой снимаемые параметры по шине RS-485 и вести одновременный вывод на режим нескольких скважин. Непрерывный контроль параметров позволяет избежать некоторых остановок скважины, например, подстройка токов недогрузки/перегрузки при изменении частоты работы установки, предупреждение о приближении к уставкам отключения в момент, когда технологические службы могут вмешаться в режим работы установки и предупредить отключение. Вышесказанное приводит к росту МРП установки и сокращению присутствия персонала на кустовой площадке.
  • Развитая логика ARTLIFTCONTROL™ позволяет следить за параметрами скважины по датчикам устьевой и погружной телеметрии и оказывать управляющее воздействие непосредственно на станцию управления УЭЦН, что, также, позволяет выявлять некоторые предаварийные режимы, такие как срыв подачи, предельные вибрации путем перевода работы погружной установки в другой более мягкий режим.

Технико-экономические показатели

Предприятие ООО «Кросс-Автоматика» разработало шаблон технико-экономического обоснования на внедрение ARTLIFTCONTROL™ на любом конкретном объекте.

В основу ТЭО были положены накопленные статистические данные по действующим системам. Нами в течение многих лет анализируются оперативные данные по охваченному фонду скважин, предоставляемые технологическими службами Заказчика.

На основании такого анализа выявляются факторы эффективности и проводится их числовая оценка.

Highslide JS

Полученная оценка, сведенная к таким показателям, как прирост по добыче и сокращение оперативных затрат, применяется к стандартному расчету эффективности инвестиционного проекта, в соответствии с шаблоном, предоставленным управлением перспективного планирования Заказчика (Рис. 4.).

Результат по действующим объектам показывает хорошую экономическую привлекательность проектов: срок окупаемости вложений около 1 года.

 

Прогнозируемые технико-экономические показатели обеспечиваемые системой:

  • Сокращение затрат на текущее технологическое обслуживание кустовой площадки на 2 – 3%;
  • Рост добычи нефти от 1 до 2%;
  • Увеличение среднего МРП охватываемых скважин на 3 –5%;
  • Сокращение средней стоимости ремонта погружного оборудования на 3-5%.
  • Срок окупаемости вложенных средств не более 1 года.

Структура затрат(ориентировочно)

Highslide JS

Затраты на внедрение и эксплуатацию элементов технологии ARTLIFTCONTROL™ зависят от особенностей конкретного объекта, в первую очередь от его начальной оснащенности, а также, от полноты использования аппаратных и программных средств, входящих в предлагаемый набор.

В типовом варианте структура затрат при внедрении и дальнейшем сопровождении ПТК  ArtLiftControl™ показана на Рис. 5.

Все стадии работ от проектной привязки до поставки оборудования и сервисного обслуживания могут быть выполнены напрямую ООО «Кросс-Автоматика». Возможны, также, комбинированные варианты внедрения: поэлементно и в сотрудничестве со смежными организациями.

В зависимости от объема внедрения, типовая конфигурация (для объектов с кустовой топологией, без полной замены штатной телемеханики) обходится, ориентировочно:

№ п/п

В пересчете на единицу (объект внедрения)

Малый объект

(50-100 скв.),

тыс. руб.

Крупный объект

(до 500 скв.) .),

тыс. руб.

1

Месторождение, промысел

3500

8500

2

Кустовая площадка

350

200

3

Скважина

40

20

Условия поставки

Технология «ARTLIFTCONTROL™» может внедряться как поэлементно, так и комплексно. ООО «Кросс-Автоматика» готово тесно взаимодействовать с любым дочерним обществом крупных НК, а также с центральными научно-техническими подразделениями компаний на предмет проработки конкретных условий внедрения и требований к системе.

Возможно внедрение на пилотном объекте для проведения опытно-промысловых испытаний. 

 Объект вводится в эксплуатацию по договору, заключаемому между Заказчиком и Исполнителем. Работа выполняется поэтапно с составлением отчета по каждому этапу. Количество и продолжительность этапов определяются в ходе заключения договора. Ориентировочный срок запуска пилотного образца на объекте – 6 месяцев со дня вступления договора в силу.

После внедрения пилотного образца, стоимость подключения к комплексу каждой последующей кустовой площадки или одиночных скважин уточняется по данным, полученным при внедрении и эксплуатации на каждом конкретном объекте.

Возможно участие ООО «Кросс-Автоматика» в корпоративных инновационных проектах и НИОКР компании по разработке и внедрению элементов технологии в заданном направлении.

Также возможны любые иные варианты взаимодействия по договоренности с Заказчиком.

Заключение

Технология «ARTLIFTCONTROL™» как торговая марка, только с 2014 года стала предметом маркетинга со стороны ООО «Кросс-Автоматика» и в настоящее время мало известна в отрасли. Однако, это не означает, что данная технология «сырой продукт» и не прошла проверку временем. Большинство элементов системы, как аппаратных, так и программных, разрабатывались и испытывались в рамках корпоративных проектов и НИОКР, проводимых нашими заказчиками, а также наших собственных ОКР в течение более чем 8 лет. Эти элементы и решения вошли как составная часть в различные корпоративные системы, пилотные и постоянно действующие, на ряде объектов компании «Роснефть» под соответствующими внутрикорпоративными названиями. За прошедшее время выполнен ряд НИОКР по заказу добывающих обществ ОАО «Юганскнефтегаз», ОАО «Томскнефть ВНК», ООО «РН-УфаНИПИнефть» внедрены пилотные проекты на Крапивинском, Советско-Соснинском, Усть-Балыкском м/р. Мы принимали участие в разработке пилотных образцов корпоративной информационной системы компании Роснефть «Rosneft-WellView» проходивших испытания в ООО «РН-Пурнефтегаз», ООО «РН-Юганскнефтегаз». Специалистами компании получен патент на «Способ эксплуатации скважин с электроцентробежным насосом с помощью частотно регулируемого привода». В настоящее время в компании ОАО «Томскнефть» ВНК функционирует комплекс мониторинга и управления добывающими скважинами с УЭЦН под внутрикорпоративным названием «ИТК СМР УЭЦН». Системой охвачено 100% механизированного фонда скважин Крапивинского, Двуреченского, Лесмуровского, З-Моисеевского месторождений. Данный комплекс в полном объеме разработан и внедрен нашими специалистами и основан на оборудовании серии Crossmaster и программном обеспечении ПО SEMAC, созданных ООО «Кросс-Автоматика». Данная система успешно эксплуатируется в течении нескольких лет и постепенно развивается. Мы принимаем участие в ее сервисном сопровождении, что позволяет непрерывно отслеживать функциональные и надежностные показатели всех элементов системы, своевременно вносить необходимые изменения в программную и аппаратную составляющие, реагировать на запросы обслуживающего персонала. Такая работа в постоянном контакте с непосредственными пользователями – высококвалифицированными специалистами технологами, сотрудниками УДНГ, ЦИТС, ЭПУ-сервиса, среди которых, в частности, персонал компании Schlumberger, позволяет отрабатывать и доводить до наилучшей кондиции технические характеристики, удобство и функциональность всех элементов системы, прежде всего в части самых насущных потребностей непосредственных пользователей.

В настоящее время технология «ARTLIFTCONTROL™» выводится нами на рынок как комплексный продукт, вобравший в себя все наши наработки в части аппаратного, программного, методологического обеспечения, созданные нашими специалистами при выполнении работ по заказам различных добывающих обществ.

Мы внимательно следим за развитием тенденций и идей от мировых лидеров в области создания технологий «интеллектуального месторождения» (Smart Fields Technologies), некоторые из них мы интегрируем в свои системы, учитывая особенности отечественной технологической инфраструктуры.

Краткие показатели эффективности технологии:

ARTLIFTCONTROL™ приспособлена для решения  нестандартных интеллектуальных задач управления технологическим процессом;

ARTLIFTCONTROL™ имеет встроенную математическую модель технологической установки и использует адаптивные алгоритмы управления оборудованием;

ARTLIFTCONTROL™ инвариантна к выбору каналов связи и линеек оборудования, использует стандартизированные протоколы обмена с нижним и верхним уровнями;

ARTLIFTCONTROL™ позволяет увеличить добычу нефти на 3-5% за счет оптимизации технологических режимов работы скважин и сокращения простоев;

ARTLIFTCONTROL™ имеет встроенную систему анализа состояния оборудования, сигнализирует о выходе параметров за заданные пределы, автоматически корректирует уставки защит и блокировок наземного скважинного оборудования по интеллектуальным алгоритмам;

ARTLIFTCONTROL™ позволяет вести круглосуточные наблюдения за скважинами как в пределах административного здания ЦДНГ, так и в любой точке месторождения оборудованного системой широкополосной связи.



Связь со специалистом

Вы можете задать вопрос. Для этого заполните все поля и отправьте сообщение. Ответ будет отправлен на указанный электронный адрес в ближайшее время.

  

Заказать звонок

Мы перезвоним вам в ближайшее время. Пн-Пт с 9:00 до 18:00 по Мск.