Способ интеллектуализации газовых и газоконденсатных промыслов
METHOD FOR INTELLECTUALIZATION OF GAS AND GAS-CONDENSATE FIELDS

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности и может быть использовано для совершенствования систем управления газовыми и газоконденсатными промыслами в рамках цифровой трансформации предприятий, добывающих углеводороды.
Известен способ автоматического управления технологическими процессами куста газовых и газоконденсатных скважин, оборудованных шлейфами [RU 2643884 C1 F17D 5/00, опубл. 06.02.2018]. Используя результаты гидродинамических исследований и промысловых данных по всем скважинам, осуществляют настройку системы автоматического управления кустом газовых скважин (САУ КГС), которая обеспечивает в процессе эксплуатации автоматическое определение и поддержание максимального значения давления в газосборном коллекторе куста скважин.
Недостатком этого способа является то, что каждый куст скважин рассматривается отдельно от всего промысла без учета влияния скважин других кустов, установки комплексной подготовки газа, дожимной компрессорной станции. Такой подход не позволяет оптимизировать работу всего промысла в целом.
Также известен способ оптимизации технологического режима работы газовых и газоконденсатных скважин [RU 2607326 C1 E21B 44/00, E21B 47/00, опубл. 10.01.2017]. Способ включает: считывание данных с серверов автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) датчиками телеметрии и телемеханики, загрузку и хранение их в базе данных, конструкции скважин и результатов исследований скважин, конструкции газосборной сети, моделирование пластового давления в зонах расположения скважин с использованием гидродинамической модели месторождения или аппроксимационных моделей кустов скважин, которое осуществляют по данным планируемых и фактических отборов газа (по данным телеметрии), загрузку получаемых результатов в базу данных, которые используют для проведения адаптации модели системы внутрипромыслового сбора газа по фактическим данным эксплуатации, на основе которой оптимизируют параметры работы скважин и шлейфов, обеспечивая выполнение заданных целевых условий и соблюдение технологических ограничений, и, учитывая их, проводят установку указанных параметров методом ручного регулирования или с использованием средств телемеханики.
Существенным недостатком способа является отсутствие учета влияния установки комплексной подготовки газа и дожимных компрессорных станций, на работу скважин и добычу газа на промысле. Кроме того, расчеты выполняются на отдельных моделях продуктивного пласта, скважин, газосборной сети, отсутствует система для автоматической оптимизации режима работы промысла и управления оборудованием. Такой подход предусматривает значительное влияние «человеческого фактора» на управление промыслом, что противоречит задаче его интеллектуализации в рамках цифровой трансформации добывающих предприятий.
Технической задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение является разработка способа интеллектуализации газовых и газоконденсатных промыслов для повышения эффективности его работы при минимальном влиянии «человеческого фактора».
Технический результат заявляемого решения заключается в интеллектуализации газовых и газоконденсатных промыслов путем создания системы автоматической оптимизации и управления промыслом в режиме реального времени.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе интеллектуализации газовых и газоконденсатных промыслов, включающем создание и оснащение автоматизированной системы управления технологическими процессами необходимым оборудованием для дистанционного контроля параметров всех процессов добычи и подготовки углеводородов к транспорту, а также дистанционного управления режимами работы скважин, газосборной сети и другого применяемого на промысле технологического оборудования, создают систему автоматического управления промыслом, включающую его цифровой двойник для выполнения многовариантных расчетов сценариев работы промысла, и оптимизатор, который в режиме реального времени выбирает наиболее эффективный сценарий, формирует и передает в автоматизированную систему управления технологическими процессами соответствующие команды для его реализации.
Предлагаемый способ поясняется блок-схемой (чертежом), описывающей работу системы автоматического управления газовым (газоконденсатным) промыслом.
Предлагаемый способ интеллектуализации газовых и газоконденсатных промыслов осуществляется следующим образом.
Газ со скважин 1 поступает в газосборную сеть 2 и далее на УКПГ и ДКС 3, где производится его подготовка к транспорту.
В настоящее время все газовые и газоконденсатные промыслы оснащены автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУ ТП), которые работают под управлением персонала промысла и обеспечивают контроль параметров процессов добычи и подготовки углеводородов к транспорту, а также дистанционное управление режимами работы скважин, газосборной сети и другого применяемого на промысле технологического оборудования. Если оснащение АСУ ТП не обеспечивает контроль и управление в требуемом объеме для адекватного моделирования и оптимизации процессов добычи газа и газового конденсата, то проводят соответствующее дооснащение данной системы.
Параметры процессов добычи и подготовки газа и газоконденсата к транспорту контролируют с помощью измерительного оборудования, входящего в состав АСУ ТП - датчиков 4, установленных на скважинах, ГСС, УКПГ и ДКС. Результаты измерений предают через линии связи или радиосвязь 5 и поступают на диспетчерский пункт 6 АСУ ТП, откуда передаются в систему автоматического управления 7, представляющую собой программно-аппаратный комплекс, включающий цифровой двойник 8 и оптимизатор 9.
Цифровой двойник - это динамическая математическая модель промысла, отображающая реальное состояние и рабочие характеристики своего физического прообраза. В качестве цифрового двойника используют имеющуюся или создают вновь интегрированную геолого-технологическую модель всего промысла, объединяющую пласт, скважины, газосборную сеть, компрессорные станции, установки подготовки углеводородов к транспорту. Возможно ее применение в сочетании с технологиями искусственного интеллекта.
Цифровой двойник 8, моделирующий работу промысла, с учетом поступающих данных о параметрах процессов, которые дают информацию о текущем состоянии системы, рассчитывает в режиме реального времени возможные сценарии работы промысла с учетом всех геолого-технологических ограничений работы скважин, ГСС, УКПГ и ДКС. Оптимизатор 9, представляющий собой программный модуль, по заданному алгоритму в автоматическом режиме управляет расчетами и на основе заданных целевых функций выбирает наиболее эффективный сценарий с учетом плана по добыче, экономических параметров, оценки рисков и других ограничивающих факторов.
Для реализации выбранного режима система автоматического управления 7 формирует и передает соответствующие команды в диспетчерский пункт 6 АСУ ТП, который через линии связи или радиосвязь 10 автоматически в режиме реального времени с помощью соответствующих регуляторов 11 устанавливает требуемые режимы работы скважин 1, ГСС 2, УКПГ и ДКС 3.
Текущие параметры работы промысла и результаты оптимизации могут визуализироваться в диспетчерском пункте АСУ ТП и контролироваться персоналом промысла.
Практически способ применяется следующим образом.
Процесс интеллектуализации рассмотрен на примере газового промысла Берегового месторождения.
Выполненное обследование газового промысла показало, что существующая АСУ ТП включает все необходимые датчики 4 для контроля технологических процессов добычи и подготовки газа, а также регуляторы 11 для поддержания требуемых режимов работы оборудования. Отсутствовали только дистанционно управляемые регуляторы на скважинах. Поэтому понадобилось дооснащение АСУ ТП системами для дистанционного регулирования скважин.
Аппаратно-программный комплекс САУП 7, включающий цифровой двойник промысла 8 и оптимизатор 9, реализован на базе сервера HPE ProLiant DL360, который обеспечивает высокий уровень масштабируемости и безопасности организации. Сервер установлен в диспетчерской 6 промысла, налажена связь с АСУ ТП и обеспечена передача данных с датчиков 4 через АСУ ТП в САУП, а также команд САУП в АСУ ТП для управления регуляторами 11. Для обеспечения функционирования цифрового двойника 8 и оптимизатора 9, включая прием и передачу всех необходимых данных, в состав САУП было включено соответствующее программное обеспечение.
Создан цифровой двойник промысла 8, выполняющий многовариантные прогнозные расчеты его работы. Ранее созданные в программных продуктах «Eclipse» и «Pipesime» модели продуктивного пласта, скважин и газосборной сети, не использовались, поскольку не обеспечивали расчет работы промысла в режиме реального времени, то есть в течение примерно одного часа - времени, соответствующему динамике протекания процессов на данном промысле. Поэтому была создана новая единая геолого-технологическая модель промысла, объединяющая пласт, скважины, газосборную сеть и установки подготовки углеводородов к транспорту (ДКС на данном промысле отсутствует) на платформе собственной разработки «GasNet», обеспечивающей требуемое высокое быстродействие. Данная модель использована в качестве цифрового двойника промысла.
Также создан оптимизатор 9 в виде программного модуля для автоматического (без участия человека) управления цифровым двойником в режиме реального времени при выполнении им расчетов различных вариантов работы промысла.
Цифровой двойник 8 выполнял расчет технологического режима промысла циклически с интервалом не более 1 часа с учетом поступающих параметров работы скважин и технологического оборудования. При этом проводилась оптимизация работы промысла с целью снижения непроизводительных затрат пластовой энергии и увеличению добычи газа. При снижении добычи газа оптимизатор 9 выявлял участки с повышенными потерями энергии, по заданному алгоритму определял варианты регулирования и соответствующе исходные параметры для расчета технологического режима промысла, а затем давал команду цифровому двойнику 8 на проведение расчетов возможных сценариев работы промысла. При выполнении расчетов различных вариантов работы промысла учитывались все геолого-технологические ограничения работы скважин, ГСС и УКПГ. Выбирался вариант с максимальной добычей газа и формировались соответствующие команды управления для регуляторов, которые реализовывались без участия человека с помощью АСУ ТП.
Текущие параметры работы промысла, результаты расчета оптимального технологического режима и параметры регулирования визуализировались в диспетчерской промысла для контроля оператором.
Таким образом, предложенный способ обеспечивает интеллектуализацию газового (газоконденсатного) промысла с автоматическим управлением и оптимизацией его работы в режиме реального времени, когда реакция на события соответствует динамике его производственных процессов, а влияния «человеческого фактора» на оперативную работу промысла могут быть сведены к минимуму и требуется только в рамках дополнительного контроля работы промысла.