научная статья по теме МЕТОДИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НИЖНЕГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ НЕФТЕДОБЫЧИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «МЕТОДИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НИЖНЕГО УРОВНЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ НЕФТЕДОБЫЧИ»

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 681.518:622.276 © А.Н. Мурыжников, 2015

Методическое и программное обеспечение нижнего уровня системы мониторинга объектов нефтедобычи

А.Н. Мурыжников, к.т.н.

(ООО «Уфимский Научно-Технический

Центр»)

Адрес для связи: MuryjnikovAN@ufntc.ru

Ключевые слова: система мониторинга, идентификация неисправностей.

Methodical and software support of low level of oil production facilities

A.N. Muryzhnikov (Ufa SciTechCenter LLC, RF, Ufa)

E-mail: MuryjnikovAN@ufntc.ru

Key words: monitoring system, identification of malfunctions.

The article discusses the creation of methodological and software monitoring system well stock with sucker-rod pumps on the basis of automatic process control system for oil production and system support decision making. The author proposes method of constructing a table of transitions and segmentation of exploitation, sucker-rod pump.

Актуальность проблемы

Система мониторинга состоит из автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) и системы поддержки принятия решений (СППР). СППР - одно из современных направлений информационных технологий. Этот класс информационных систем известен достаточно давно, однако в последнее время данный термин получает новую трактовку. Под СППР понимают комплекс взаимосвязанных программ и данных, используемых для анализа ситуации, формулирования альтернативных решений и выбора из них наиболее приемлемых. СППР - диалоговая автоматизированная информационная система, использующая правила принятия решений и соответствующие модели с базами данных, а также интерактивный компьютерный процесс моделирования, поддерживающий принятие самостоятельных и неструктурированных решений отдельными менеджерами (лицами, принимающими решения).

Одним из рациональных подходов к постановке задачи разработки системы интеллектуальной поддержки принятия решений масштаба корпоративного предприятия является подход, ориентированный на интеграцию двух связанных между собой информационных технологий: построения информационных хранилищ (ИХ) и интеллектуального анализа данных.

В последнее десятилетие неоднократно предпринимались попытки создания систем мониторинга.

1. Система мониторинга АСУ ТК приема- сдачи нефти НГДУ. В основу положена сеть измерения параметров потоков жидкости в узлах инженерной сети гидродинамической системы добычи и закачки и выходные формы программного обеспечения (ПО) «Баланс жидкости».

2. Система мониторинга АСУ ТП нефтегазодобычи, базируется на ПО «Баланс жидкости» и «АРМ Метролога».

3. Система мониторинга АСУ ТП НПС, ЛТМ МН в режиме реального времени, 2008 г. Это максимально прора-

ботанное решение, которое автор взял за основу построения СППР при создании системы мониторинга объектов нефтедобычи.

Для добычи нефти наиболее часто применяются сква-жинные штанговые насосы (СШН). Согласно статистике, СШН в России эксплуатируется более 50 % фонда скважин. Разрабатываются также новые нефтепромысловые технологии и оборудование. В связи с этим проводятся дополнительные исследования с целью уточнения параметров, используемых при диагностировании состояния СШН, совершенствуются системы автоматизации и телемеханизации скважин.

К преимуществам установок СШН (УСШН) относятся технически несложный монтаж, возможность адаптации к изменяющимся условиям притока и относительно высокий к.п.д., к недостаткам - достаточно быстрый (4-5 лет) износ плунжерной пары, НКТ и штанг вследствие трения, а также трудоемкость операций по замене и ремонту СШН, что обусловливает необходимость своевременной диагностики и подтверждает актуальность автоматизации контроля технического состояния и режима работы УСШН.

Если посмотреть на оборудование нефтяной скважины как на механизм, выполняющий физическую работу, то можно теоретически установить зависимости потребляемого электрического тока от внешних факторов. Зависимости не простые, но с помощью компьютерных технологий их можно получить.

Для решения обратной задачи - по потребляемому току определить не только нагрузку рабочих элементов, но и, например, уровни жидкости, необходимо, чтобы компьютер по нюансам токограммы мог исключать многофакторность. Это требует предварительного анализа практических токограмм и особенно тех, по которым выявлены какие-либо неисправности оборудования или аномалии условий эксплуатации.

Рис. 1. Ситуационные модели работы УСШН

Преимущество диагностики работы оборудования через анализ токограмм заключается в том, что не требуется специального дорогостоящего оборудования (датчиков динамометрирования), в данном случае применяются датчики массового производства, уже адаптированные к компьютеру или контроллеру, которые находят все большее применение на скважинах.

Методы испытаний

Для наглядности отображения контрольных точек ваттметрограмм электродвигателей (ЭД) УСШН используем гистограммы (см. рисунок, а-е). На рисунке, а показана ситуационная модель 1, отражающая нормальную работу УСШН. В ситуационной модели 2

(см. рисунок, б) противовесы приближены к оси приблизительно на 10 см относительно номинального положения. В ситуационной модели 3 они удалены от оси приблизительно на 10 см от номинального положения. Гистограмма ситуационной модели 3 - это зеркальное отображение ситуационной модели 2 относительно средней точки 165°. В обоих случаях увеличилось электропотребление. При имеющихся различиях все изображенные ранее токограммы связывает то, что имеются два пика, привязанные к одним и тем же углам поворота кривошипа, характер зависимостей тока от угла поворота кривошипа сохраняется. К отличиям можно отнести вытянутость отдельных участков токограмм относительно друг друга по вертикали.

Ситуационная модель 4 (см. рисунок, в) - отказ клапанов насоса. Динамическая нагрузка на подвеске уменьшилась в 10 раз. Ситуационная модель 5 (см. рисунок, г) -обрыв штока между насосом и подвеской. Ситуационная модель 6 (см. рисунок, д) - заклинивание поршня насоса.

Ситуационная модель 7 (см. рисунок, е) отражает наличие газового фактора.

Полученные результаты

Для идентификации неисправностей по ситуационным моделям надо составить таблицу оцифровки токограмм по контрольным точкам (табл. 1). Токограммы получаются с помощью мобильного пульта считывания.

Из табл. 1 видно, что семь ситуационных моделей токо-грамм работы УСШН описываются комбинацией из девяти значений двоичной логики.

Разработанная АСУ ТП УСШН позволяет получать в реальном масштабе времени оцифрованные токограммы ЭД и распознавать неисправности оборудования УСШН; не в единичном в отличие от существующих систем, а в массовом количестве при одинаковом функционале. Применим ранее исследованный метод построения системы мониторинга (СМ) установки предварительного сброса воды (УПСВ) для образования таблицы перехода состояний и детализаций (ТПСД). Форма ТПСД представлена в табл. 2. ТПСД

Таблица 1

Сила тока в Типовые ситуации

контрольных точках, А 1 2 3 4 5 6 7

Угол поворота кривошипа 54° (0+Н/4)

16 1 0 0 0 0 0 1

>16 0 0 1 0 0 0 0

<16 0 1 0 1 1 1 0

Угол поворота кривошипа 253° (ВМТ-Н/4))

16 1 0 0 1 0 0 0

>16 0 1 0 0 1 0 0

<16 0 0 1 0 0 1 1

Угол поворота кривошипа 120 ° (Г/3)

9 1 0 0 0 0 0 1

>9 0 0 1 0 1 1 0

< 9 0 1 0 1 0 0 0

Таблица 2

№ Текущее Состояние Детализация состояния

Наим. неиспр. Сит. мод. Код Состояние Дата и время

1.1 Нормативное Нормальная работа №1 100100100 Исправен

1.2 Предаварийное Расст.от п/веса<10см №2 001010001 Неиспр

1.3 Предаварийное Расст.от п/веса<10см №2 001010001 Ремонтные работы

1.4 2.1 Нормативное Нормальная работа №1 100100100 Исправен

2.2 Предаварийное Расст.от п/веса>10см №3 010001010 Неисправен

2.3 Предаварийное Расст.от п/веса>10см №3 010001010 Ремонтные работы

2.4 3.1 Нормативное Нормальная работа №1 100100100 Исправен

3.2 Аварийное Отказ клапана насоса №4 001100001 Неисправен

3.3 Аварийное Отказ клапана насоса №4 001100001 Ремонтные работы

3.4 Работоспособное Отказ клапана насоса №1 100100100 Нет в комплекте ЗИП

3.5 4.1 Нормативное Нормальная работа №1 100100100 В комплекте ЗИП

4.2 Аварийное Обрыв штока между н/а и подвеской №5 001010010 Неисправен

4.2 Аварийное Обрыв штока между н/а и подвеской №5 001010010 Ремонтные работы

4.3 5.1 Нормативное Нормальная работа №1 100100100 Исправен

5.2 Аварийное Заклин. поршня насоса №6 001001010 Неисправен

5.3 Аварийное Заклин. поршня насоса №6 001001010 Ремонтные работы

5.4 6.1 Нормативное Нормальная работа №1 100100100 Исправен

6.2 Аварийное Газовый фактор №6 100001100 Неисправен

6.3 Аварийное Газовый фактор №6 100001100 Вывод на режим

6.4 7.1 Нормативное Нормальная работа №1 100100100 Исправен

7.2 Предаварийное Детализация не завершена

7.3 Внешняя причина

на АРМ системы мониторинга УСШН служит основой системы поддержки принятия решений.

Выводы

1. Применяемые в последнее время [2] в нефтедобыче автоматизированные системы управления технологическими процессами обладают высокой степенью детализации.

2. Ваттметрограммы (ВМГ) применяют для контроля энергопараметров ЭД УСШН. Детальный анализ ВМГ позволяет идентифицировать ряд механических и технологических неиправностей УСШН.

3. Из вариантов системы мониторинга нефтедобычи наиболее близким к реализации является вариант СМ, основанный на таблице переходов состояний и детализаций.

4. Сведение воедино АСУ ТП и подходов к построению СППР позволяет интерпретировать ТПСД как СМ УСШН.

Список литературы

1. Охотников Е.С. Системы мониторинга технологических процессов нефтегазодобывающих предприятий: классификация и математическое моделирование // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». -2006. - №2. - http://ogbus.ru/authors/Okhotnikov/ Okhotnikov_1 .pdf

2. Применение модемов ZigBee для передачи энергетических параметров УШГН и УЭЦН на диспетчерский пульт НГДУ.// А.Н. Мурыжников, И.Г. Алкин, И.Р. Латыпов, А.А. Мурыжников /Нефтяное хозяйство. - 2013. -№10. - С. 104- 107.

3. Мурыжников А.Н. Аппаратное обеспечение нижнего уровня системы мониторинга объектов нефтедобычи // Нефтяное хозяйство.-

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком