Автоматизированная информационная система учета нефти в автоцистернах
AUTOMATED INFORMATION SYSTEM OF ACCOUNTING OF OIL IN TANK TRUCKS

Автоматизированная информационная система учета нефти в автоцистернах предназначена для определения количества фактически перевезенного полезного ископаемого на пункты приема-сдачи нефти, ведения электронных журналов, формирования приемо-сдаточной и отчетной документации по участкам недр.
Изобретение относится к вычислительной, информационно-измерительной технике, используемой, в частности, в автоматизированных системах управления транспортом.
Заявленное техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к автоматизированным системам учета сырой нефти, позволяющим осуществлять регистрацию, обработку и оперативное представление данных о количественных и качественных показателях сырой нефти, доставляемой в приемо-сдаточные пункты в автоцистернах, формировать приемо-сдаточные документы по установленным образцам, осуществлять контроль соответствия входных данных принятым в организации требованиям, формировать отчеты в различных разрезах за произвольный период времени.
В качестве прототипа выбрана «Система поддержки принятия решений для оперативно-диспетчерского и эксплуатационного персонала автоматизированной сортировочной горки» (патент РФ на полезную модель №65666), которая могла бы быть использована для решения подобной задачи при условии ее существенной доработки и адаптации к специфике учета нефти при перевозках в автоцистернах.
Система, близкая по своей сути предлагаемому изобретению и содержащая близкие по своему функциональному назначению автоматизированные рабочие места, многомерную базу данных, базу данных нормативно-справочной информации, модуль формирования отчетов, модуль анализа данных, на основе сбора и обработки данных телеметрии направлена на повышение эффективности работы АСУТП, позволяющей принимать решения по управлению технологическим процессом работы. К недостаткам данной системы можно отнести невозможность оперативного изменения алгоритмов расчетов в соответствии с изменяющимися правилами учета предприятиями, отраслевыми стандартами, отсутствие разграничения коллективного доступа пользователей, в соответствии с ролевой структурой предприятия, а также контроль и фиксация действий пользователей. Кроме этого, прототип не обладает возможностью взаимодействия с внешними источниками данных и сторонними системами.
Задачи, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, заключаются в оптимизации технологического процесса приемки-передачи по количеству и качеству сырой нефти, доставляемой со скважин в пункты назначения (товарные парки, цеха предварительной подготовки, установки предварительной сепарации) автоцистернами, организации эффективного учета нефти.
Поставленная задача достигается тем, что автоматизированная информационная система учета нефти в автоцистернах, включающая автоматизированные рабочие места, базу данных нормативно-справочной информации, многомерную базу данных, модуль формирования отчетов, модуль анализа данных, согласно изобретению дополнительно содержит модуль ввода первичных данных, модуль разграничения доступа, модуль ведения объектов учета, модуль формирования приемо-сдаточных документов, модуль администрирования и аудита, посредством которого осуществляется администрирование системы и настройки инструментов аудита работы пользователя, модуль запуска расчетов, предназначенный для запуска расчетов количественных и качественных показателей сырой нефти, модуль математических вычислений, выполненный с возможностью расчета количественных и качественных показателей сырой нефти в соответствии с утвержденными алгоритмами расчетов, а именно для осуществления расчета процента обводненности нефти, выделения в составе принятой жидкости массы химических и механических примесей и массы нефти нетто в различных временных рамках, в разрезах сдающей организации, в разрезах принимающей организации, модуль взаимодействия с базой данных, модуль математических методов и алгоритмов, выполненный с возможностью описания и хранения алгоритмов и методов для расчета необходимых показателей нефти, а именно: обводненности нефти, концентрации примесей, массы нетто сырой нефти, расчета количества фактически перевезенного полезного ископаемого по организациям, по участкам недр, модуль взаимодействия с внешними системами, при этом автоматизированные рабочие места односторонней связью соединены с модулем разграничения доступа, модуль разграничения доступа односторонними связями соединен с модулем ведения объектов учета, модулем ввода первичных данных, модулем анализа данных, модулем формирования приемо-сдаточных документов, модулем администрирования и аудита, модулем формирования отчетов, модулем запуска расчетов, модулем математических вычислений, а модуль взаимодействия с базой данных двусторонними связями соединен с многомерной базой данных, модулем ведения объектов учета, модулем ввода первичных данных, модулем анализа данных, модулем формирования приемо-сдаточных документов, модулем администрирования и аудита, модулем формирования отчетов, модулем запуска расчетов, модулем математических вычислений, а модуль ведения объектов учета двусторонней связью соединен с базой данных нормативно-справочной информации, модуль математических вычислений двусторонней связью соединен модулем математических методов и алгоритмов, модуль взаимодействия с внешними системами двусторонней связью соединен с многомерной базой данных.
На фиг. 1 представлена структурная схема автоматизированной информационной системы учета нефти в автоцистернах, которая состоит из модулей, включающих в себя:
1. Автоматизированные рабочие места.
2. Модуль разграничения доступа.
3. Модуль ввода первичных данных.
4. Модуль ведения объектов учета.
5. Модуль анализа данных.
6. Модуль формирования приемо-сдаточных документов.
7. Модуль администрирования и аудита.
8. Модуль формирования отчетов.
9. Модуль запуска расчетов.
10. Модуль математических вычислений.
11. Базу данных нормативно-справочной информации (НСИ).
12. Модуль взаимодействия с базой данных.
13. Многомерную базу данных.
14. Модуль математических методов и алгоритмов расчетов.
15. Модуль взаимодействия с внешними системами.
Автоматизированные рабочие места (АРМ) 1 предназначены для обеспечения интерфейсного взаимодействия пользователей с системой. Множество автоматизированных рабочих мест реализуют удаленный доступ к функционалу системы посредством механизма аутентификации и авторизации пользователя.
Модуль разграничения доступа 2 организует и разграничивает права доступа пользователей к функциональным модулям в соответствии с функционально-ролевой моделью нефтедобывающего предприятия. С помощью данного модуля администратор может задавать роли пользователю, на основе которых определяется, к каким данным, к какому функционалу системы (расчет, отображение информации, конфигурирование справочников и т.п.) будет разрешен доступ.
Модуль ввода первичных данных 3 представляет собой интерфейс для ручного ввода данных пользователями системы. Первичные данные физико-химических показателей нефти получают путем измерений с использованием соответствующих приборов в химико-аналитической лаборатории (ХАЛ) (плотность нефти при 20°C, температура нефти в автоцистерне, массовая доля воды в нефти, массовая концентрация хлористых солей и массовая доля механических примесей) по аттестованной в установленном порядке методике.
Модуль ведения объектов учета 4 предназначен для формирования реестра объектов, в котором описаны необходимые атрибуты, характеристики. В сущности, представляет собой инструмент консолидации информации обо всех необходимых для работы системы объектах, связях между объектами. Используется также для:
- упрощения работы пользователей с модулем ввода первичных данных, сведя процедуру заполнения необходимых полей до выбора из небольшого выпадающего списка данных. Формирование выпадающих списков настраивается с помощью модуля администрирования и аудита;
- автоматического заполнения зависимых полей. Достаточно указать узловой параметр такой, например, как «Автоцистерна», после чего объем жидкости, фамилия и инициалы водителя заполнятся системой автоматически согласно свидетельству о поверке автоцистерны и ответственному водителю соответственно;
- унификации вводимых данных, что облегчает их обработку;
- минимизации ошибок при вводе данных.
Модуль анализа данных 5 предназначен для предварительной обработки, проверки логической корректности и полноты данных. Средствами модуля производится проверка вводимых данных на соответствие форматам, маскам ввода, граничным значениям с информированием пользователя о возникающих ошибках ввода. Производится контроль последовательности дат в приемо-сдаточных документах, проверка уникальности их номеров. Предусмотрено оповещение о просроченных свидетельствах о поверке автоцистерн. При обнаружении несоответствий блокирует запись новой информации в базу данных либо создание документа, для которого не заданы соответствующие настройки.
Модуль формирования приемо-сдаточных документов 6 предназначен для последовательного формирования трех типов первичных приемо-сдаточных документов: «Товарно-транспортная накладная», «Паспорт нефти», «Акт приема-передачи нефти автоцистерной». На каждую дату в разрезе сдающих сторон формируется сводный документ - «Акт приема-передачи нефти на дату». Данный документ предоставляет доступ ко всей первичной приемо-сдаточной документации по сдающей организации на определенную дату и организован в виде журнала. Содержит суммарные количественные показатели принятой от сдающей организации нефти (объем жидкости, куб.м, масса нефти, нетто, т, количество автоцистерн), обновляемые в режиме реального времени. Визуально представляет собой интерфейс с заданными для каждого приемо-сдаточного документа полями для Модуля ввода первичных данных.
Модуль администрирования и аудита 7 предназначен для администрирования системы, настройки инструментов аудита работы пользователей. Средствами данного модуля осуществляется управление пользователями системы (создание, удаление пользователей), настройка типов данных. Все данные, носящие конфигурационный характер и требующие сохранения измененной конфигурации, фиксируются в Многомерной базе данных 13 системы. Действия пользователей, направленные на изменение информации в сущностях Многомерной базы данных 13 системы (создание, удаление, изменение и т.п.), через данный модуль фиксируются в журнале администрирования и аудита.
Модуль формирования отчетов 8 предназначен для формирования на основе данных хранящихся в Многомерной базе данных 13 отчетов в табличном виде, за произвольный период, в виде, удобном для вывода на экран и печатающие устройства. Он дает возможность многомерного представления информации и навигации, доступа к данным любой степени агрегации, настройки выводимых показателей по требованиям пользователя: перечня, последовательности, способа отображения (диаграммы различных типов) и прочих настроек, с учетом ограничений, накладываемых функционально-ролевой моделью и базовым макетом экранов (базовым расположением фреймов-контейнеров для экранных элементов). Также дает возможность осуществлять просмотр истории изменения показателя за указанный пользователем период, представление ее в графическом виде, с отображением тренда и контекстным отображением значения показателя в выбранной точке графика. Кроме того, предоставляет возможность динамического изменения и сохранения отчетов, а также предоставления пользователям доступа к информации в соответствии с правами доступа пользователей. Управление отчетами осуществляется через Модуль разграничения доступа 2, который определяет и в случае необходимости разрешает доступ к информации. Взаимодействие со справочной информацией, которая, в свою очередь, хранится в Многомерной базе данных 13, осуществляется через Модуль взаимодействия с БД 12.
Модуль запуска расчетов 9 предназначен для запуска расчетов количественных и качественных показателей сырой нефти. В первую очередь взаимодействует с Модулем ввода первичных данных и Модулем формирования приемо-сдаточных документов. Представляет собой функцию, описывающую набор условий, достаточных для запуска расчета и осуществляющую выбор формулы либо алгоритма, содержащихся в Модуле математических методов и алгоритмов расчетов, по которым должен производиться расчет взаимозависимых показателей.
Модуль математических вычислений 10 предназначен для осуществления расчетов количественных и качественных показателей сырой нефти в соответствии с утвержденными алгоритмами расчетов и на основе информации, предоставленной Модулем ввода первичных данных 3 и Модулем анализа данных 5. Подставляет введенные пользователем данные измерений, входные параметры (организация, временной интервал и т.п.) в соответствующий алгоритм и производит математическое вычисление. Результаты расчета заносятся в Многомерную базу данных 13.
Формула, применяющаяся для вычисления массы жидкости в автоцистерне m, кг:
3
где V - объем жидкости при температуре его измерения в автоцистерне, м, определяющийся по действительной вместимости автоцистерны, значение которой указано в свидетельстве о поверке по ГОСТ Р 8.569;
ν
3
ρ - плотность нефти, приведенной к условиям измерений объема, кг/м.
ν
3
⋅
Плотность нефти, приведенной к условиям измерения объема, ρ, кг/м, рассчитывается в соответствии с нормативным документом Р 50.2.076-2010 ГСИ «Плотность нефти и нефтепродуктов. Методы расчета. Программы и таблицы приведения», исходя из показаний ареометра. При этом в качестве средства измерения плотности используется ареометр, градуированный при температуре 20°C. Алгоритм вычисления следующий. Система содержит таблицу с заданными диапазонами плотности нефти при 20°C и соответствующими этим диапазонам поправочными коэффициентами. В первую очередь определяется, какому диапазону плотности по данной таблице принадлежит измеренное ареометром значение.
3
Далее, если t измерения объема >20°C, то значение плотности нефти, приведенной к условиям измерений объема, (кг/м), вычисляется по формуле:
если t измерения объема <20°C, то по формуле:
20
3
где ρ - плотность нефти при 20°C, кг/м;
v
t - температура нефти в автоцистерне, измеренная по установленной методике, °C;
k - поправочный коэффициент.
H
Масса нетто нефти M, кг, вычисляется по формуле:
где m - масса нефти, кг;
в
W - массовая доля воды в нефти, %, которая вычисляется в химико-аналитической лаборатории (ХАЛ);
xc
W - массовая доля хлористых солей в нефти, % (вычисляется, используя результаты измерений массовой концентрации хлористых солей в ХАЛ);
мп
W - массовая доля механических примесей в нефти, % (вычисляется в ХАЛ).
xc
Массовая доля хлористых солей в нефти W, %, рассчитывается в Системе по формуле:
xc
3
где ϕ - массовая концентрация хлористых солей в нефти, мг/дм, измеряют в ХАЛ в объединенной пробе по ГОСТ 21534.
Масса воды вычисляется по формуле:
Массы механических примесей и хлористых солей вычисляются аналогичным образом.
Масса балласта определяется как сумма масс воды отделенной, воды в отделившейся нефти, хлористых солей в отделившейся нефти и механических примесей.
В итоге получены три основных показателя: масса жидкости в автоцистерне, масса нетто нефти и масса балласта в заданных единицах измерения. При этом, безусловно, второй и третий показатель в сумме дают первый.
Рассчитанные данные агрегируются в Многомерной базе данных 13.
База данных нормативно-справочной информации (НСИ) 11 содержит иерархическую структуру объектов добычи и транспортировки нефти, устанавливающую связи между объектами, их атрибуты и характеристики. Кроме того, База данных НСИ 11 содержит регламентированные нормативно-справочные и приемо-сдаточные документы: наименования методов испытаний, ГОСТы, методики, инструкции, аттестаты аккредитации и др.
Модуль взаимодействия с базой данных (БД) 12 осуществляет выборку, запись, обновление, предоставление по запросу данных для других функциональных модулей, сохранение результатов работы этих модулей в базе данных. Все операции по взаимодействию с базой данных остальных модулей осуществляются на основе интерфейсов, располагающихся в Модуле взаимодействия с БД 12, предоставляющих набор функций и процедур.
Многомерная база данных 13 - база, хранящая записи об объектах учета и метаданных (описательной информации), в привязке к организационной и технологической структуре нефтедобывающего предприятия, описание объектов учета, описание набора параметров объектов учета, хранение их величин и оперативных данных системы, данных для формирования аналитических отчетов, документов системы.
Модуль математических методов и алгоритмов расчетов 14 осуществляет возможность описания и хранения алгоритмов и методов расчетов необходимых показателей (плотности нефти при условиях измерения объема, массы нетто сырой нефти, массы балласта, количества фактически перевезенного полезного ископаемого по организациям, по участкам недр) и по сути является справочником формул и алгоритмов вычисления функций. Автоматическое выполнение необходимой функции запускает Модуль запуска расчетов 9. Описываемый модуль позволяет сохранять и использовать различные версии алгоритмов при их изменении в соответствии с учетной политикой предприятия, отраслевых стандартов, временных правил учета.
Модуль взаимодействия с внешними системами 15 представляет собой интерфейс загрузки данных из внешних источников данных и предназначен для организации обмена данными между сторонними системами и хранилищем данных, а также с прочими источниками информации, с учетом требований по обеспечению информационной безопасности. Обеспечивает консолидацию первичных данных, полученных из различных источников данных, первичную их отбраковку и нормализацию. Осуществляет обработку запросов сторонних систем на синхронизацию данных с хранилищем данных, журналирование процесса синхронизации данных для возможности проведения мониторинга процесса и разрешения проблем, возникающих в процессе синхронизации данных. Средствами модуля осуществляется проверка автоматически загружаемых данных на соответствие форматам, маскам ввода, граничным значениям, с сохранением журнала ошибок загрузки.
Система функционирует следующим образом.
Средствами автоматизированной информационной системы учета нефти в автоцистернах, посредством Модуля ведения объектов учета 4 формируется иерархическая структура объектов добычи и транспортировки нефти, указываются связи между объектами, их атрибуты и характеристики. Затем с помощью интерфейса АРМов 1, посредством Модуля ввода первичных данных 3 производится ввод данных о количественных и качественных показателях сырой нефти, доставляемой в территориально распределенные приемо-сдаточные пункты в автоцистернах. Вводимые данные проходят логический контроль и отбраковку посредством Модуля анализа данных 5. Затем, с помощью Модуля взаимодействия с базой данных 12 эта информация сохраняется в Многомерной базе данных 13. На основании этих данных с помощью Модуля формирования приемо-сдаточных документов 6 создаются документы: «Товарно-транспортная накладная», «Паспорт нефти», «Акт приема-передачи нефти автоцистерной». Состав вводимых данных на первом этапе соответствует заполнению полей документа установленной формы «Товарно-транспортная накладная», который содержит информацию об отправителе, данные на машину, объем жидкости, в соответствии со свидетельством о поверке автоцистерны. Следующим этапом, посредством Модуля ввода первичных данных 3, вводятся измеренные лаборантом, в соответствии с утвержденной методикой, качественные показатели нефти, такие, как: плотность, температура, концентрация солей и механических примесей, массовая доля воды, соответствующие заполнению полей регламентированного документа «Паспорт нефти», которые также проходят логический контроль посредством Модуля анализа данных 5. На основе введенной информации, на следующем этапе, средствами Модуля запуска расчетов 9 и Модуля математических вычислений 10 формируется регламентированный документ «Акт на машину» с рассчитанными показателями массы нетто сырой нефти, массы балласта, процента обводненности нефти.
По каждому пункту приема, на основе данных приемо-сдаточных документов, посредством Модуля формирования отчетов 8, составляется документ «Суточный акт приема-передачи нефти», отражающий сводную информацию о количественных и качественных характеристиках нефти в режиме реального времени (суммарные актуальные данные по объему поступившей жидкости, массе нефти нетто) в разрезе сдающих организаций.
Все приемо-сдаточные документы структурируются по типам объектов: по принимающей организации, по сдающим организациям, лицензионным участкам недр, скважинам. Так же приемо-сдаточные документы структурируются по времени: год, месяц, сутки. Таким образом, система позволяет формировать приемо-сдаточные документы по установленным образцам, осуществлять контроль соответствия входных данных принятым в организации требованиям.
Система осуществляет хранение данных в Многомерной базе данных 13, производит расчет массы нетто сырой нефти, доставленной в пункты приема, на основе утвержденных математических методов и алгоритмов расчетов, описанных в Модуле математических методов и алгоритмов 14, формирует отчеты в различных разрезах, за произвольный период времени. Система организует, посредством Модуля разграничения доступа 2, коллективный персонифицированный доступ к ним пользователей системы. Все действия пользователей контролируются и фиксируются с помощью Модуля администрирования и аудита 7.
Взаимодействие системы с внешними источниками данных и сторонними системами осуществляется посредством Модуля взаимодействия с внешними системами 15.
При создании системы использовались язык программирования С# и технология создания веб-приложений и веб-сервисов от компании Майкрософт ASP.NET.
Многомерная база данных реализована на основе системы управления базами данных (СУБД) Oracle Database, с использованием интегрированной среды разработки Oracle SQL Developer и языка программирования PL/SQL АРМ 1, Модуль ввода первичных данных 3, Модуль формирования отчетов 8, Модуль запуска расчетов 9, Модуль формирования приемо-сдаточных документов 6, Модуль администрирования и аудита 7, Модуль взаимодействия с внешними системами 15 могут быть реализованы на базе аппаратных платформ x86, x64, ARM под управлением операционных систем Windows (ХР и выше), Linux (+GCC v4.6, +GTK v2.24), Android (4.0 и выше), IOS (7.0 и выше), OS X (10.6 и выше) с установленным браузером Google Chrome (16.0 и выше). Требования к аппаратной части: 256 Мб RAM, 100 Мб свободного места на жестком диске.
Модуль анализа данных 5, Модуль математических вычислений 10, Модуль взаимодействия с базой данных. 12, Модуль математических методов и алгоритмов расчетов 14 могут быть реализованы на базе аппаратных платформ x86, x64 под управлением операционных систем Linux (Oracle Linux 5.5+, Red Hat Linux 5.5+, Suse Linux 11+, Ubuntu Linux 11+), Windows (7-), OS X (10.8.3+) с установленной JDK 7 и контейнером сервлетов Apacne Tomcat (7.0.22+) или сервером Oracle GlassFish (3.1+). Минимальные требования к аппаратной части: Intel Pentium 2 266 МГц, 256 Мб RAM, 200 Мб свободного места на жестком диске.
Многомерная база данных 13, База данных НСИ 11, Модуль разграничения доступа 2, Модуль ведения объектов учета 4 могут быть реализованы на базе аппаратных платформ x86, x64, SPARC под управлением операционных систем Linux, Windows, Solaris с установленной СУБД Oracle (9i+). Минимальные требования к аппаратной части: Intel PentiumIII 500 МГц, 5|2 Мб RAM, жесткий диск от 20 Гб.
Заявленная система учета нефти в автоцистернах обладает высокой функциональной эффективностью и удобством пользования с достижением технического результата в отношении процесса учета нефти, перевозимой в автоцистернах, за счет своих функциональных возможностей.