Real-time oil and gas production control and optimization technology
Authors: Аржиловский Андрей Владимирович , Поспелова Татьяна Анатольевна , Харитонов Андрей Николаевич , Стрекалов Александр Владимирович , Дерюшев Дмитрий Евгеньевич , Лопатин Руслан Равилевич , Трушников Дмитрий Николаевич , Лознюк Олег Анатольевич , Архипов Юрий Александрович 
Published: July 2024

На современном этапе развитие нефтегазовых компаний напрямую связано с их цифровой трансформацией, включающей применение прорывных технологий, видоизменяющих бизнес-процессы за счет замещения или дополнения человека. По мнению авторов, важной составляющей этого процесса, которая должна обеспечить существенное повышение эффективности добычи углеводородов, является интеллектуализация промыслов. Для решения данной задачи специалистами ПАО «НК «Роснефть» предложена технология регулирования и оптимизации нефтегазодобычи (РН-ТРОН), которая предусматривает создание распределенной системы управления газовым (газоконденсатным) промыслом в составе: - система автоматического управления промыслом (САУП) - программно-аппаратный комплекс для оптимизации работы всего промысла; - локальные системы автоматического регулирования (САР) - программно-аппаратные комплексы для поддержания заданных САУП режимов скважин; - автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП), обеспечивающая дистанционный контроль и регулирование процессов добычи и подготовки газа. САУП физически размещается в диспетчерском пункте УКПГ промысла, САР скважин - в блоках автоматики кустовых площадок. Ядром САУП является быстродействующий динамический цифровой двойник промысла, работающий совместно с модулями валидации, автоадаптации и оптимизации для выбора обоснованного оптимального сценария управления. Технология предусматривает последовательную реализацию следующих основных функций: - автоматическую валидацию (контроль) поступающих фактических данных и отбраковку недостоверной информации; - автоматическую адаптацию (настройку) цифрового двойника в реальном времени на достоверные фактические данные; - автоматическую оптимизацию процесса добычи углеводородов в реальном времени с помощью цифрового двойника. Заданные САУП целевые параметры передаются через АСУ ТП и автоматически поддерживаются локальными системами автоматики, в том числе САР на кустах скважин. При этом САУП работает под контролем оператора диспетчерской АСУ ТП, который при необходимости может взять управление промыслом на себя. В настоящее время разработана программная реализация базовой версии расчетного ядра САУП в стационарной неизотермической двухфазной постановке в наземных системах и скважинах. В работе приведены использованные при этом подходы к решению задачи потокораспределения и термодинамического равновесия флюидов в системе «пласт-скважины-ГСС-УКПГ-ДКС» в многофазной постановке. На сегодняшний день не только разработаны основные принципы и алгоритмы технологии РН-ТРОН, но уже и получены первые результаты ее применения. Проведено успешное тестирование базовой версии ядра САУП на примере цифрового двойника промысла Берегового месторождения, результаты которого приводятся в работе.

The development of the oil and gas companies at the present stage is directly related to their digital transformation, including the use of emerging technologies that modify business processes by replacing or supplementing a person. According to the authors’ opinion, an important component of this process, which should ensure a significant increase in the efficiency of hydrocarbon production, is the intellectualization of oil and gas fields. To solve this problem specialists of Rosneft Oil Company proposed oil and gas production control and optimization technology (RN-TRON). The technology consider the creation of a distributed gas (gas condensate) field control system consisting of: - Automatic Field Control System (SAUP) - software and hardware complex for optimizing the operation of the entire fishery; - Distributed Control Systems (SAR) - software and hardware appliance for maintaining the well regimes specified by the SAUP; - Automatic Process Control System (APCS) providing remote control and regulation of gas production and treatment. SAUP is physically located in the UKPG control room, SAR of wells - in the automation units of well pads. The core of the SAUP is a fast-acting dynamic gas field digital twin, which works together with validation, auto-adaptation and optimization modules to select a reasonable optimal control scenario. The technology envisages sequential implementation of the following main functions: - Automatic validation (control) of actual incoming data and rejection of false information; - Automatic adaptation (digital twin) real-time adjustment to valid actual data; - Automatic optimization oil and gas real-time production control scenarios using the digital twin. Target parameters set by SAUP are transmitted through APCS and are automatically supported by local automation systems, including SAR on well pads. At the same time, the SAUP works under UKPG dispatcher control, who, if necessary, can take over the operation control of individual equipment or the whole field. Software for basic version of SAUP mathematical apparatus in stationary non-isothermal two-phase definition has been currently developed. The paper presents the approaches used in solving multiphase fluids flow distribution and thermodynamic equilibrium problem in the system "Reservoir - Wells - Gas gathering system - UKPG - Gas booster station". Today, the basic principles and algorithms of the RN-TRON technology have been developed and achieved the first results of its application. The SAUP core basic version successful testing was carried out using the example of the onshore gas field digital twin. The results of testing are given in the article.