СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДОБЫЧЕЙ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ

Предлагаемая полезная модель относится к угледобывающей промышленности и может быть использована для управления добычей углеводородного сырья.
Существующий процесс добычи углеводородного сырья включает в себя сложные технологические объекты управления - продуктивные пласты, кусты скважин, трубопроводные системы, энергетические системы.
Известна цифровая система управления насосным центробежным агрегатом, описанная в журнале “Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности” 4.2009, Е.Е.Кузнецова.
В статье рассмотрена методика построения и система управления центробежным насосным агрегатом. Предлагается цифровая система автоматического регулирования, включающая регулятор для плавного пуска центробежного насоса и регулятор для поддержания различных параметров насоса, обеспечивающих заданный режим работы. Однако рассматриваемая система обладает рядом недостатков:
1. В системе отсутствуют дополнительные необходимые для обеспечения корректной работы двигателя источники информации, такие как буферное давление, затрубное давление, температуры;
2. Режим двигателя определяется исходя из электрических параметров, не берутся в расчет свойства жидкости.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату, выбранной в качестве прототипа, является система управления добычей углеводородного сырья на месторождении, защищенная патентом РФ на изобретение №2346156, Кл. E21B 47/12, E21B 43/12, опубл. 2009.02.10.
Система включает несколько групп скважин, каждая из которых содержит скважинные подсистемы, объединенные локальной информационно-вычислительной сетью, которая посредством блока связи через гетерогенную информационную сеть связана с устройством управления добычей. Каждая скважинная подсистема содержит модуль контроля параметров, который через первый канал связи соединен с наземным устройством управления технологическими режимами, которое соединено с локальной информационно-вычислительной сетью. В скважинной подсистеме дополнительно содержится второй канал связи и информационно-регулирующее устройство, которое соединено с модулем контроля параметров и через второй канал связи - с устройством управления технологическими режимами и к которому подключено устройство электропитания. Каждая скважинная подсистема представляет собой распределенную структуру, состоящую из первого, второго и третьего уровней. Первый уровень в призабойной зоне включает в себя несколько скважинных зондов, каждый из которых содержит первый контроллер, входы которого соединены с первым блоком датчиков термодинамических параметров и первым блоком исполнительных устройств и который соединен через первый блок связи со вторым уровнем скважинной подсистемы, расположенным в районе башмака подъемной колонны. Модуль контроля параметров системы соединен через первый канал связи с устройством управления технологическим оборудованием, входящим в третий уровень подсистемы, расположенный в наземной части.
Система включает в себя совокупность программно-аппаратных средств, относящихся к группам скважин, подключенных к гетерогенной информационной сети. Также в сеть подключено устройство управления технологическими режимами к которому подключено электропитание.
Предлагаемое решение имеет ряд недостатков:
1. Гетерогенность информационной сети;
2. Сложность взаимодействия устройств и подсистем.
Задачей заявленной полезной модели является совершенствование системы управления добычей углеводородного сырья на месторождении.
Технический результат от использования полезной модели заключается в увеличении информативности системы, упрощении монтажа системы, улучшении технологии добычи.
Указанный технический результат достигается тем, что система управления добычей углеводородного сырья на месторождении, включающем несколько групп скважин, каждая из которых содержит скважинные подсистемы, содержащие модуль контроля параметров и первый канал связи, второй канал связи, дополнительно содержит блок принятия решений, устройство управления технологическими режимами, блок хранения данных, блок сбора данных с устья скважин, исполнительное устройство, при этом блок хранения данных соединен через первый канал связи с модулем контроля параметров, с блоком сбора данных с устья скважин и с блоком принятия решений, соединенным с устройством управления технологическими режимами, соединенным через исполнительное устройство со скважинными подсистемами, при этом второй канал связи соединен с блоком хранения данных.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображена система управления добычей углеводородного сырья на месторождении, включающем несколько групп скважин. Каждая скважина содержит скважинные подсистемы, содержащие модуль контроля параметров 1 и первый канал связи 2 и второй канал связи 3.
Система дополнительно содержит блок принятия решений 4, устройство управления технологическими режимами 5, блок хранения данных 6, блок сбора данных с устья скважин 7, исполнительное устройство 8.
Блок хранения данных 6 соединен через первый канал связи 2 с модулем контроля параметров 1, с блоком сбора данных с устья скважин 7 и с блоком принятия решений 4. Блок принятия решений 4 соединен с устройством управления технологическими режимами 5, соединенным через исполнительное устройство 8 со скважинными подсистемами. Второй канал связи 3 соединен с блоком хранения данных 6.
Система работает следующим образом.
Модуль контроля параметров 1 собирает данные с наземного кустового оборудования, включающего в себя станции управления погружными электродвигателями, автоматические газозамерные установки, блоки погружной телеметрии и иные источники информации и по второму 3 (беспроводному) каналу связи дальностью до 500 м передает в блок хранения данных 6. Блок хранения данных 6 представляет собой базу данных, хранящую телеметрическую и вычисляемую информацию, а так же необходимую для управления процессом нефтедобычи справочную информацию, которую блок хранения данных может запросить через первый канал связи 2 у внешнего устройства. Система в своем составе имеет специальный источник первичной информации, а именно блок сбора данных с устья скважин 7, который представляет собой систему синхронных беспроводных датчиков давления и температуры, устанавливаемых на устье скважины. Блок сбора данных с устья скважин 7 передает телеметрическую информацию на блок хранения данных 6.
Блок принятия решений 4 является ключевым устройством системы. Он содержит экспертную систему, которая имеет возможность в масштабе реального времени определять параметры технологических режимов для оптимизации работы нефтедобывающего оборудованию по задаваемым критериям, а так же прогнозировать поведение параметров с целью предупреждения аварий оборудования. Блок принятия решений 4 автоматически выставляет параметры для устройства управления технологичесими режимами 5, который содержит в себе набор технологических алгоритмов, определяющих режим работы нефтедобывающего оборудования, а так же осуществляет выбор используемого алгоритма. Критерии, методы выбора оптимального режима работы, а так же дефиниции и процедуры воздействия на добывающее оборудование в случае возникновения аварийных ситуаций определяется с помощью блока принятий решений, имеющего открытый интерфейс. Блоком принятия решений 4 проводится постоянный анализ текущей обстановки на нефтедобывающем объекте с использованием архивных и текущих данных в блоке хранения данных.
Устройство управления технологическими режимами 5 воздействует на кустовое оборудование через интерфейсное исполнительное устройство 8, в задачу которого входит корректное и надежное взаимодействие со скважинной подсистемой, а так же контроль выполнения команд.
Модуль контроля параметров 1 является первичным источником информации для системы и может представлять собой интерфейсное устройство, выполненное на базе микроконтроллера, для датчиков температуры или давления (например, Метран-55), контроллеров станции управления погружным электродвигателем, систем коммерческого учета энергии, систем учета продукции скважин (АГЗУ) и т.п. Первый канал связи 2, соединяющий модуль контроля параметров 1 и блок хранения данных 6, может быть выполнен по различным технологиям, например, RS 485, Ethernet, WiFi, в зависимости от конкретных условий при эксплуатации системы. Блок хранения данных 6 выполняется на базе ферроэлектрической памяти и контроллера на базе ARM ядра, управляющего процедурой записи, чтения и поиска данных. По доступным интерфейсам контроллера (SPI, либо UART) блок хранения данных 6 получает данные от скважинных подсистем и производит запись параметров наземного оборудования с использованием принципов бинарного дерева. Блок сбора данных с устья скважин 7 представляет собой радиомодуль с подключенным к нему контроллером связи и обеспечивает последовательный синхронный опрос датчиков давления, температуры и иных устройств, устанавливаемых на устье скважин. Опрос датчиков производится при этом по каналу RS485 либо беспроводному каналу в зависимости от условий эксплуатации. Блок хранения данных 6 обеспечивает точную временную синхронизацию поступающих данных со скважинных подсистем и с блока сбора данных с устья скважин 7. Блок принятия решений 4 может быть выполнен на высокопроизводительном процессоре XScale по архитектуре MILS. Основной задачей блока является анализ данных в блоке хранения данных 6 и принятие решений об управляющем воздействии на скважинные подсистемы с целью достижения оптимального функционирования скважин по заданному критерию. Устройство управления технологическими режимами 5 представляет собой интерфейсный блок-коммутатор, собранный на базе ПЛИС и решает задачу выбора режима работы скважины на основании управляющих воздействий от блока принятия решений 4. Исполнительное устройство 8 содержит управляемый коммутатор интерфейсов, позволяющий динамически выбирать элемент кустового оборудования, которому требуется отправить команду. Управляющий элемент коммутатора интерфейсов, реализованный на микроконтроллере, например, MSP430, имеет обратную связь, позволяющую устройству управления технологическими режимами 5 контролировать процесс отправки команды.
Таким образом, предлагаемая система представляет собой комплекс типового набора устройств, устанавливаемых на кустовой площадке. При этом применение коммутатора интерфейсов в составе блока управления технологическими режимами системы, а так же использование типового синхронного беспроводного канала для связи с наземным оборудованием позволяет увеличить информативность системы за счет подключения всех видов наземного оборудования, упростить монтаж системы и уменьшить ее стоимость. Наличие блока принятия решений в комбинации с блоком хранения информации позволяет улучшить технологию добычи за счет принятия более точных решений по управлению скважиной.