Способ автоматического управления производительностью газовых промыслов с учетом их энергоэффективности в условиях Крайнего Севера Российский патент 2024 года по МПК E21B43/00 F17D3/00 

Изобретение относится к области добычи природного газа, в частности к обеспечению регулирования производительностью (по товарному газу) газодобывающих предприятий (ГДП), расположенных в районах Крайнего Севера.

Известен способ регулирования производительностью ГДП, включающий разработку плана распределения заданного директивно объема добычи товарного газа между установками комплексной подготовки газа (УКПГ) [см., например, стр. 160, Маргулов Р.Д., Тагиев В.Г., Гергедава Ш.К. Организация управления газодобывающим предприятием. - М., Недра, 1981. - 239 с.]. Способ включает регулирование производительностью ГДП путем определения нового, отличного от ранее выработанного плана распределения заданной добычи газа в условиях директивного изменения производительности ГДП или отдельного (отдельных) газовых промыслов (ГП).

Недостатком указанного способа является то, что при распределении заданной добычи газа между ГП их производительность корректируют в условиях директивного изменения плана по решению руководства предприятия диспетчером и не учитывается энергоэффективность оборудования, в частности энергоэффективность дожимных компрессорных станций (ДКС), имеющихся на ГП.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ оптимального управления производительностью ГДП, включающий разработку плана распределения заданного директивно объема добычи газа ГДП между ГП [см., например, стр. 154. Кулиев A.M., Тагиев В.Г. Оптимизация процессов газопромысловой технологии. - М: Недра, 1984, 200 с.].

В указанном способе управление производительностью объектов газопромысловой технологии предполагает оптимальное распределение производительности ГДП по ГП. При этом задача оптимального распределения заданной производительности ГДП по ГП решается как в нормальной производственной ситуации, т.е. путем поддержания соответствия заданной и текущей производительности ГДП, также и в экстремальной ситуации, в случае возникновения рассогласования между заданной и текущей производительностью. В нормальной производственной ситуации для проверки соответствия заданной и текущей производительностей ГДП потребность в решении указанной задачи не превышает одного раза за смену. Решение задач в экстремальной ситуации производится при поступлении данных об изменении задания по производительности ГДП или изменении текущей производительности ГДП вследствие изменения текущей производительности одного или нескольких ГП (в случае возникновения непредвиденных ситуаций, в том числе аварий) на газопромысловых объектах. В нормальной производственной ситуации или при поступлении из системы автоматизации ГП информации об экстремальной ситуации на газопромысловом объекте (объектах) на верхний уровень управления, на нем начинается сравнение текущей производительности ГДП с заданной. Если текущая производительность соответствует заданной, то нагрузки на ГП сохраняются на прежнем уровне. В случае несоответствия текущей и заданной производительности определяется величина и знак рассогласования между ними, и система автоматизации на верхнем уровне управления формирует рекомендации для производственно-диспетчерской службы по восстановлению производительности ГДП.

Существенным недостатком указанного способа является то, что производительность ГДП корректирует диспетчер либо в условиях директивного изменения плана по поручению руководства предприятия, либо вследствие изменения текущей производительности одного или нескольких ГП (при нарушении технологического процесса в них, в том числе при возникновении аварий). Причем, оптимальные управляющие воздействия для управления производительностью ГДП по газу формируются не в автоматическом режиме в реальном масштабе времени, а производственно-диспетчерской службой, на основе рекомендаций системы автоматизации [см., стр. 41, Кулиев A.M., Тагиев В.Г. Оптимизация процессов газопромысловой технологии. - М.: Недра, 1984, 200 с.], что значительно снижает скорость, точность, эффективность и качество принятия решений по управлению газопромысловыми объектами. Кроме этого, при распределении заданного уровня добычи газа между ГП не учитывается энергоэффективность их оборудования, в частности оборудования ДКС, участвующих в процесс добыч и подготовки газа к дальнему транспорту.

Одним из основных факторов, влияющих на технико-экономические показатели ГП, является избыточное давление газа, под которым, применительно к ГП, подразумевают разность давлений газа между точкой его входа в УКПГ и его выходом в магистральный газопровод (МГП).

В процессе эксплуатации ГП происходит снижение давления газа на устье скважин и, следовательно, на входе в УКПГ, что обуславливает необходимость ввода ДКС, который позволит поддерживать отборы газа на ГП в соответствии проектом разработки, так как в обратном случае было бы невозможным поддержание производительности ГП и МГП на проектном уровне [см., например, стр. 531, Бекиров Т.М., Ланчаков Г.А. Технология обработки газа и конденсата. М.: ООО «недра-Бизнесцентр», 1999. - 596 с.]. Однако ввод ДКС в эксплуатацию, осуществляющих компримирование добываемого природного газа на ГП, значительно увеличивает энергоемкость технологических процессов на газопромысловых объектах. Необходимо отметить, что газоперекачивающие агрегаты (ГПА) компрессорных станций на ГП потребляют 80-85% общих затрат газа на собственные технологические нужды. В частности, на промысловых ДКС затраты на топливный газ для ГПА в период падающей добычи могут достигать 50% в общей структуре эксплуатационных затрат [см., например, М.А. Воронцов, Энергоэффективность компримирования природного газа на промысле при неравномерности показателей эксплуатации основного газоперекачивающего оборудования, Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы в нефтяной и газовой промышленности. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва 2012 [электронный ресурс] Режим доступа: https://pandia.ru/text/79/534/57745.php (дата обращения 07.10.2021)].

Как правило, ДКС работают на нерасчетных режимах вследствие различия проектных и фактических показателей разработки, несовпадения фактических характеристик оборудования и принятых при проектировании, неравномерности режимов работы (сезонной, суточной) и др. не позволяют в полной мере реализовать потенциал эффективности проектных решений, что приводит к перерасходу топливного газа (энергопотребления) относительно проектных значений.

Кроме этого, размещение ДКС перед УКПГ, а именно этот вариант широко используется на большинстве нефтегазоконденсатных месторождений (НГКМ), расположенных в районах Крайнего Севера, например, на Ямбургском и Заполярном НГКМ, позволяет поддерживать оптимальный гидравлический режим оборудования установки. Однако, такое размещение ДКС вызывает ряд негативных последствий, одним из которых является снижения эффективности работы ГПА из-за:

- изменения режима работы скважин, приводящий к попаданию капельной жидкости, механических примесей и т.д. в добываемый природный газ;

- ухудшения состояния эксплуатации скважин по причине образования гидратных и иных отложений в стволах скважин и газосборных шлейфах и т.д.

Влияние перечисленных факторов на эффективность работы ГПА на разных ГП и на разных этапах их функционирования проявляется по-разному, что приводит к значительным колебаниям значений энергоэффективности ДКС.

Кроме этого, при внеплановой или плановой реконструкции и модернизации ДКС проводится их адаптация к изменившимся условиям работы (объектно-ориентированный подход). Так как эти работы на разных ДКС ГП проводятся не одновременно, то очевидно, что все ДКС по своей энергоэффективности будут отличаться от друга - те ДКС, которые только что прошли реконструкцию или модернизацию, будут иметь лучшую энергоэффективность, а те ДКС, которые не прошли реконструкцию или модернизацию, будут иметь более низкую энергоэффективность.

Поэтому в настоящее время одной из главных задач в производственной деятельности ГДП, эксплуатирующего НГКМ на Крайнем Севере, является оптимизация загрузки ДКС на ГП с учетом их энергоэффективности в рамках заданных границ, регламентируемых технологическим регламентом ДКС.

Для решения этой задачи ДКС, компримирующие добываемый газ, загружают с учетом потребления топливного газа их ГПА с газотурбинным приводом (ГГПА) - чем меньше потребление топливного газа ГГПА ДКС, тем больше ее загружают, и наоборот, чем больше потребление топливного газа ГГПА ДКС, тем меньше ее загружают.

Под энергоэффективностью - E_i i-ой ДКС подразумевают отношение расхода - осушаемого газа в единицу времени i-ой УКПГ на расход - топливного газа в единицу времени, потребляемый i-ой ДКС, который определяют из следующего выражения:

где i - идентификационный номер ГП в составе ГДП.

Значение фактического расхода товарного газа в единицу времени, подготавливаемого ГДП и подаваемого в МГП, определяют из соотношения:

где - фактический расход товарного газа, подаваемого УКПГ i-ого ГП в МГП; n - число УКПГ, равное числу ГП эксплуатируемых ГДП. Кроме этого каждая УКПГ обеспечивает ДКС, стоящую перед ней, топливным газом, расход которого определен объемом - и все остальные объекты ГП, потребляющие газ на собственные нужды, получают его в объеме - необходимом для функционирования их технологического оборудования и узлов. Соответственно, каждая i-ая ДКС обеспечивает перекачку добываемого газа в объеме, определяемом соотношением:

Величина является валовой добычей i-ого ГП и равна объему осушаемого газа в единицу времени его УКПГ, а валовая добыча газа всеми промыслами ГДП равна

Информационно-управляющая система диспетчерского управления (ИУС ДУ) в реальном масштабе времени контролирует фактический расход товарного газа подаваемого ГДП в МГП, валовую добычу газа потребление топливного газа каждой ДКС - и потребление газа на собственные нужды каждым ГП -

Одновременно ИУС ДУ формирует и подает сигнал задания подачи товарного газа в АСУ ТП УКПГ каждого ГП.

Целью заявляемого технического решения является автоматическое управление производительностью ГДП при распределении задания по добыче газа между всеми его ГП с учетом энергоэффективности их ДКС.

Техническим результатом, достигаемым от реализации заявляемого способа, является автоматическое распределение заданного директивно плана объема добычи товарного газа ГДП между его ГП в режиме реального времени путем управления производительностью ДКС при различных режимах эксплуатации с учетом их энергоэффективности и снижения углеродного следа процесса добычи.

Заявляемый способ обеспечивает оптимальное распределение производительности заданного директивно плана объема добычи товарного газа ГДП между его ГП с учетом энергоэффективности их ДКС, что обеспечивает снижение себестоимости подготовки газа к дальнему транспорту и снижению углеродного следа.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического управления производительностью газовых промыслов, с учетом их энергоэффективности, в условиях Крайнего Севера, включает поддержание с помощью ИУС ДУ ГДП заданной планом производительности ГДП по товарному газу - подаваемому в МГП. Для этого ИУС ДУ ГДП осуществляет непрерывный контроль разности значений между уставкой - планом добычи товарного газа и фактической подачей товарного газа поступающего в МГП, и эту разность распределяет между ГП в рамках выдаваемого им задания на подачу товарного газа в МГП. Для этого ИУС ДУ ГДП в процессе работы и при изменении плана добычи товарного газа по ГДП выдает задание на увеличение/уменьшение производительности каждого i-ого ГП по товарному газу пропорционально энергоэффективности, его ДКС. Энергоэффективность ДКС E_i АСУ ТП ДКС определяет по формуле (1).

Вычисляемое значение энергоэффективности E_i непрерывно поступает в базу данных (БД) ИУС ДУ и на вход I₅ блока расчета коэффициента пропорциональности для i-ого ПИД-регулятора, который формирует в реальном масштабе времени сигнал задания на изменение производительности i-ого ГП по товарному газу и подает его в i-ую АСУ ТП УКПГ. Таким образом ИУС ДУ распределяет план добычи товарного газа между всеми ГП и добивается чтобы выполнение данной операции происходило с повышением значения суммарной энергоэффективности всех ДКС ГДП. Для реализации этого ИУС ДУ подает сигнал значения уставки на вход задания SP всех ПИД-регуляторов, формирующих задание на изменение текущей производительности для своего ГП по товарному газу. Одновременно с этим ИУС ДУ подает сигнал значения фактического объема поставляемого ГДП потребителям товарного газа на вход обратной связи PV этих же ПИД-регуляторов. Так же одновременно с этим блоки расчета коэффициента пропорциональности для этих ПИД-регуляторов определяют для них значение коэффициента пропорциональности с учетом направления поправки на изменение задания производительности по товарному газу используя следующие формулы:

- если производительность ГДП требуется повысить, то на вход I₁ всех блоков расчета коэффициента пропорциональности ПИД-регуляторов ИУС ДУ подает сигнал логическая «единица», и блоки расчета производят вычисление для своих ПИД-регуляторов используя соотношение:

- если производительность ГДП требуется понизить, то на вход I₂ блоков расчета коэффициента пропорциональности ПИД-регуляторов ИУС ДУ подает сигнал логическая «единица», и блоки расчета производят вычисление для своих ПИД-регуляторов используя соотношение:

В этих соотношениях - минимальное и максимальное значения для i-го ПИД-регулятора. Их значения обслуживающий персонал определяет перед запуском i-го ГП в эксплуатацию, а также после каждого профилактического ремонта и периодически, по графику, и вводит их в БД ИУС ДУ. Из ИУС ДУ их значения в виде сигналов поступают на входы I₃ и I₄ i-ого блока расчета коэффициента пропорциональности. Так же обслуживающий персонал определяет перед запуском i-го ГП в эксплуатацию и после каждого профилактического ремонта и периодически, по графику, значения и являющиеся минимальной и максимальной энергоэффективностью ДКС i-го ГП. Они соответствуют ее минимальной и максимальной производительности. Полученные значения и обслуживающий персонал также вводит в БД ИУС ДУ. Из ИУС ДУ их значения в виде сигналов поступают на входы I₆ и I₇ i-ого блока расчета коэффициента пропорциональности. Получая все эти параметры блок расчета коэффициента пропорциональности определят значение и подает его со своего выхода на вход Кр ПИД-регулятора, к которому он подключен. В результате этого каждый i-ый ПИД-регулятор формирует задание на изменение производительности i-ого ГП по подаче товарного газа в МГП пропорционально поступившему на вход Кр значению коэффициента пропорциональности Но выполнение этого задания активизируется только тогда, когда из АСУ ТП ДКС i-ого ГП в ИУС ДУ и на вход start/stop i-ого ПИД-регулятора поступает сигнал логическая «единица», разрешающий его работу.

Обслуживающий персонал в момент запуска ГП в эксплуатацию устанавливает значение на выходе блока расчета коэффициента пропорциональности близким к среднему значению, определяемому по формуле и ставит ему в соответствие первоначальное расчетное задание по подаче товарного газа в МГП. После этого осуществляют запуск в эксплуатацию ГП, который происходит только в случае наличия разрешающего сигнала логическая «единица», поступившего из АСУ ТП УКПГ i-ого ГП в ИУС ДУ и на вход start/stop i-ого ПИД-регулятора.

ИУС ДУ устанавливает сигнал логической «ноль» на вход start/stop ПИД-регулятора ГП при возникновении аварийной ситуации и/или при проведении ремонтных работ, запрещающий его работу. В этом случае ИУС ДУ перераспределяет плановое задание по подаче товарного газа в МГП между работающими ГП и формирует сообщение диспетчеру ГДП об аварийной ситуации или о проведении ремонтных работ на указанном ГП для принятия решения по дальнейшему поддержанию плана подачи товарного газа потребителю.

ИУС ДУ формирует сообщение диспетчеру ГДП для принятия решения об изменении режима работы функционирующих ГП, если один или несколько из промыслов аварийно остановлен и невозможно выполнение плановой подачи товарного газа в МГП в результате перераспределения нагрузки между функционирующими ГП.

Все блоки расчета коэффициента пропорциональности и ПИД-регуляторы, к которым они подключены, реализованы на базе ИУС ДУ.

На фиг.1 приведена структурная схема ГДП в периоде компрессорной добычи газа. В этой схеме использованы следующие обозначения:

1 - коллектор сырого газа;

2_i - i-ый ГП;

3_i - АСУ ТП i-ой ДКС;

4_i - АСУ ТП i-ой УКПГ;

5_i - i-ая ДКС;

6_i - i-ая УКПГ;

7 - ИУС ДУ ГДП;

8 - МГП;

На фиг.2 приведена структурная схема автоматического управления всеми ДКС, обеспечивающая распределение нагрузки между ГП и оптимизирующая расход топливного газа по ГДП в компрессорный период добычи газа. В ней использованы следующие обозначения:

9_i - сигнал логическая «единица»/логический «ноль», подаваемый на вход start/stop ПИД-регулятора 20_i, который разрешает/запрещает его работу.

10 - сигнал, разрешающий повысить производительность всем ГП 2;

11 - сигнал, разрешающий понизить производительность всем ГП 2;

12_i - сигнал - минимальное значение коэффициента пропорциональности для ПИД-регулятора 20_i;

13_i - сигнал - максимальное значение коэффициента пропорциональности для ПИД-регулятора 20_i;

14_i - сигнал энергоэффективности - E_i ДКС 5_i;

15_i - сигнал уставки минимального значения энергоэффективности ДКС 5_i;

16_i - сигнал уставки максимального значения энергоэффективности ДКС 5_i;

17 - сигнал уставки плана добычи товарного газа Q_план ГДП;

18 - сигнал фактического расхода товарного газа Q_факт по ГДП;

19_i - блок расчета коэффициента пропорциональности для ПИД-регулятора 20_i;

20_i - ПИД-регулятор, формирующий значение задания на изменение производительности ГП 2_i по товарному газу;

21_i - сигнал задания на изменение производительности ГП 2_i по товарному газу, подаваемый на вход АСУ ТП 4_i, управляющей УКПГ 6_i.

Способ автоматического управления производительностью газовых промыслов, с учетом их энергоэффективности, в условиях Крайнего Севера, реализуют следующим образом.

Блоки расчета коэффициента пропорциональности 19 и ПИД-регуляторы 20 реализованы на базе ИУС ДУ 7 ГДП.

АСУ ТП ДКС 3_i и АСУ ТП УКПГ 4_i функционируют автономно, управляя своими технологическими объектами. В рамках ГДП они для ИУС ДУ 7 являются нижними уровнями управления.

ИУС ДУ 7 формирует сигнал задания подачи товарного газа и подает его в АСУ ТП УКПГ 4_i каждого ГП 2. Далее, АСУ ТП УКПГ i-ого ГП в автоматическом режиме поддерживает выполнение по подаче товарного газа в МГП 8 и одновременно обеспечивает необходимую величину расхода топливного газа и газа на собственные нужды исходя из потребностей, определяемых фактическим состоянием и возможностями остального потребляющего его оборудования.

Значение валового расхода газа по i-ому ГП его АСУ ТП УКПГ 4_i передает в ИУС ДУ 7 для оперативного контроля соответствия разработки объекта месторождения, который эксплуатирует этот ГП, утвержденной модели разработки месторождения.

Значения параметров, необходимых для функционирования блоков расчета коэффициента пропорциональности 19_i, а также сигналы для запуска и остановки ПИД-регуляторов 20_i в БД ИУС ДУ 7 поступают из АСУ ТП ДКС 3_i. Значение плана добычи товарного газа Q_план ГДП в БД ИУС ДУ 7 вводит диспетчерская служба ГДП. Фактический расход товарного газа Q_факт ИУС ДУ 7 определяет путем суммирования фактического расхода товарного газа по всем ГП 2, значения которого поступают из всех АСУ ТП УКПГ 4.

Добытый природный газ из коллектора сырого газа подают на вход ДКС 5_i, где подвергается компримированию до заданного давления, предусмотренного ее технологическим регламентом. После этого компримированный газ подают на вход УКПГ 6_i где он подвергается очистке и осушке в соответствии с требованиями и нормами Газпром 089-201.

ИУС ДУ 7 ГДП непрерывно контролирует разность значений между уставкой - планом добычи товарного газа по ГДП и его фактическим значением - При этом ИУС ДУ 7 непрерывно подает значение в виде сигнала 17 на вход задания SP всех своих ПИД-регуляторов 20. Параллельно ИУС ДУ 7 подает на вход обратной связи PV всех своих ПИД-регуляторов 20 значение фактической подачи товарного газа в МГП 8 в виде сигнала 18.

Каждый блок расчета коэффициента пропорциональности 19_i определяет значение коэффициента пропорциональности для своего ПИД-регулятора 20_i по следующим формулам:

- если производительность ГДП требуется повысить, то на вход I₁ блоков расчета 19 ИУС ДУ 7 подает сигнал 10 логическая «единица» В этом случае блоки используют соотношение:

- если производительность ГДП требуется понизить, то на вход I₂ блоков расчета 19 ИУС ДУ 7 подает сигнал 11 логическая «единица». В этом случае блоки используют соотношение:

Перед запуском ГП_i в работу обслуживающий персонал определяет значения и для каждого ПИД-регулятора 20_i, управляющего выдачей задания по производительности товарного газа для ГП_i, и вносит их в БД ИУС ДУ 7. При этом величину определяют для режима с максимальной производительности ДКС и учетом допустимого уровня перерегулирования, а величину - для режима с минимальной производительности ДКС с учетом технологических норм и ограничений, предусмотренных ее технологическим регламентом.

Значения и - минимальной и максимальной энергоэффективности ДКС i-го ГП определяют при его запуске в эксплуатацию на основе проверки работы ДКС, а так же после каждого профилактического ремонта и периодически по графику, на его минимальной и максимальной производительности, соответственно, (объектно-ориентированный подход) и вносят их в ИУС ДУ 7. Из ИУС ДУ 7 значения в виде сигналов 15_i и 16_i поступают на входы I₆ и I₇ i-ого блока расчета коэффициента пропорциональности 19_i.

Значение энергоэффективности E_i АСУ ТП ДКС 3_i определяет в реальном режиме времени по формуле (1) и передает в ИУС ДУ 7. Из ИУС ДУ 7 значения E_i в виде сигналов 14_i поступает на входы I₅ i-ого блока расчета коэффициента пропорциональности 19_i.

Изменение и подержание плановой производительности ГДП по товарному газу ИУС ДУ 7 осуществляет путем ее распределения по всем ГП с помощью ПИД-регуляторов 20. Для этого на вход задания SP всех ПИД-регуляторов 20 ИУС ДУ 7 подает сигнал 17 - план добычи товарного газа Одновременно с этим ИУС ДУ 7 на вход обратной связи PV этих же ПИД-регуляторов подает сигнал 18 - фактический расход товарного газа Также одновременно на вход Кр каждого i-го ПИД-регулятора 20_i его блок расчета коэффициента пропорциональности 19_i подает сигнал значения рассчитанный либо по формуле (2), либо по формуле (3).

В момент запуска ГП 2_i в эксплуатацию обслуживающий персонал устанавливает значение на выходе блока расчета 19_i близким к среднему значению, определяемому по формуле и ставит ему в соответствие первоначальное расчетное задание по подаче товарного газа в МГП 8. После этого осуществляют запуск в эксплуатацию ГП 2_i, который происходит только в случае наличия разрешающего сигнала 9_i - логическая «единица», поступающего из АСУ ТП ДКС 3_i на вход start/stop ПИД-регулятора 20_i. Только после этого на его выходе CV ПИД-регулятора 20_i будет сформирован управляющий сигнал 21_i, который является заданием на изменение производительности по товарному газу для АСУ ТП УКПГ 4_i.

Повышение и понижение расхода добываемого газа ГДП производится следующим образом:

Если ГДП необходимо повысить добычу товарного газа, а это требуется сделать при условии выполнения неравенства то на вход I₁ всех блоков расчета коэффициента пропорциональности 19_i ИУС ДУ 7 подает сигнал 10 логическая «единица». После этого каждый блок расчета 19_i произведет расчет коэффициента пропорциональности для ПИД-регулятора 20_i по формуле (2). При этом будет ближе к значению для той ДКС, у которой значение E_i будет ближе к уставке Следовательно, ДКС, обладающая самой высокой энергоэффективностью, примет на себя большую часть задания на приращение подачи товарного газа в МГП по сравнению с ДКС, имеющими меньшую энергоэффективность. Однако это произойдет только при условии, что на вход start/stop i-го ПИД-регулятора будет поступать сигнал 9_i логическая «единица», разрешающий изменить задание производительности ГП 2_i по подаче товарного газа в МГП 8.

Если ГДП необходимо понизить добычу товарного газа, а это требуется сделать при условии выполнения неравенства то на вход I₂ всех блоков расчета коэффициента пропорциональности 19_i ИУС ДУ 7 подает сигнал 11 логическая «единица», разрешающий понизить производительность ГП по подаче товарного газа в МГП 8. После этого каждый блок расчета 19_i, производит расчет для ПИД-регулятора 20_i по формуле (3). При этом будет ближе к значению для той ДКС, у которой значение E_i будет ближе к уставке Следовательно, ДКС, обладающая самой низкой энергоэффективностью, больше всех остальных ДКС снизит свою производительность для уменьшения подачи товарного газа в МГП 8. Однако это произойдет только при условии, что на вход start/stop i-го ПИД-регулятора будет поступать сигнал 9_i логическая «единица», разрешающий изменять задание ГП 2_i по подаче товарного газа в МГП.

В случае возникновения аварийной ситуации и/или при проведении ремонтных работ на ГП 2_i, требующие остановки промысла, АСУ ТП ДКС 3_i данного ГП 2_i в ИУС ДУ 7 подают сигнал 9_i логический «ноль», который так же поступает и на вход start/stop ПИД-регулятора 20_i, который запрещает работу ГП 2_i. В этом случае ИУС ДУ 7 перераспределяет плановое задание по подаче товарного газа в МГП 8 между работающими ГП 2, и формирует сообщение диспетчеру ГДП об аварийной ситуации или о проведении ремонтных работ на указанном ГП 2_i. Если в результате перераспределения нагрузки между работающими ГП 2 выяснится, что невозможно достичь выполнения подачи товарного газа в МГП 8, об этом ИСУ ДУ 7 ГДП тут же формирует сообщение диспетчеру ГДП для принятия решения об изменении режима работы функционирующих ГП.

В итоге заданный объем добычи товарного газа по месторождению будут поддерживать все работающие в данный момент ГП 2 ГДП, но каждое изменении их производительности будет происходить в зависимости от энергоэффективности их ДКС по топливному газу, и только в направлении понижения потребления топливного газа. А это значит, что управление добычей товарного газа практически реализует итерационный процесс снижения затрат топливного газа всеми ДКС, сводящий к минимально возможному для этого ГДП в реально существующих на данный момент условиях.

Принцип определения максимального и минимального значения коэффициентов а также минимальной и максимальной энергоэффективности ДКС i-ого ГП представлен в приложении к материалам заявки на предлагаемое изобретение.

Настройку используемых в ИУС ДУ ПИД-регуляторов проводит обслуживающий персонал в момент запуска системы в работу под конкретный режим работы установок согласно методу, изложенному, например, в «Энциклопедии АСУ ТП», п. 5.5, ПИД-регулятор, ресурс: http://www.bookasutp.ru/Chapter5_5.aspx#HandTuning.

Способ автоматического управления производительностью газовых промыслов, с учетом их энергоэффективности, в условиях Крайнего Севера, реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном нефтегазоконденсатном месторождении, на УКПГ 1С, УКПГ 2С и УКПГ 3С. Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое техническое решение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых газоконденсатных месторождениях, расположенных в районах Крайнего РФ.

Применение данного способа позволяет автоматически распределять заданный директивно план объема добычи товарного газа ГДП в режиме реального времени путем управления производительностью ГП при различных режимах эксплуатации ДКС с учетом их энергоэффективности по потреблению топливного газа, и обеспечивать минимизацию углеродного следа функционирующих ГДП.

Изобретение относится к области добычи природного газа. Способ включает поддержание с помощью информационно-управляющей системы диспетчерского управления газодобывающего промысла - ИУС ДУ ГДП - заданной планом производительности по товарному газу - подаваемому в магистральный газопровод - МГП, путем непрерывного контроля разности значений между планом добычи газа и фактическим значением поступающего в МГП газа и распределения этой разницы между ГП в рамках выдаваемого им задания на подачу газа в МГП. ИУС ДУ ГДП в процессе работы и при изменении плана добычи товарного газа по ГДП выдает задание на увеличение/уменьшение производительности каждого i-го ГП по товарному газу пропорционально энергоэффективности - которую АСУ ТП i-й дожимной компрессорной станции ДКС непрерывно определяет по формуле. Значение непрерывно поступает в БД ИУС ДУ и на вход I₅ блока расчета коэффициента пропорциональности для i-го ПИД-регулятора, который формирует в реальном времени сигнал задания на изменение производительности i-го ГП по товарному газу и подает его в i-ю автоматизированную систему управления технологическими процессами - АСУ ТП УКПГ. ИУС ДУ распределяет план добычи товарного газа между всеми ГП таким образом, чтобы выполнение данной операции происходило с повышением значения суммарной энергоэффективности всех ДКС ГДП. ИУС ДУ подает сигнал значения уставки на вход задания SP всех ПИД-регуляторов, формирующих задание на изменение производительности для своего ГП по товарному газу, и сигнал значения фактического объема поставляемого ГДП потребителям товарного газа на вход обратной связи PV этих же ПИД-регуляторов. Блоки расчета определяют для них значение коэффициента пропорциональности с учетом направления поправки на изменение задания производительности по товарному газу используя соответствующие математические выражения. Из БД ИУС ДУ сигналы поступают на входы I₆ и I₇ i-го блока расчета коэффициента пропорциональности, который определяет значение и подает его со своего выхода на вход Кр ПИД-регулятора, в результате чего каждый i-й ПИД-регулятор формирует задание на изменение производительности i-го ГП по подаче товарного газа в МГП пропорционально поступившему на вход Кр значению коэффициента пропорциональности . Обеспечивается автоматическое распределение плана добычи газа между ГП в режиме реального времени путем управления производительностью ДКС с учетом их энергоэффективности, снижается углеродный след. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ автоматического управления производительностью газовых промыслов, с учетом их энергоэффективности, в условиях Крайнего Севера, включающий поддержание с помощью информационно-управляющей системы диспетчерского управления газодобывающего предприятия - ИУС ДУ ГДП заданной планом производительности ГДП по товарному газу - подаваемому в магистральный газопровод - МГП, путем непрерывного контроля разности значений между уставкой - планом добычи товарного газа и фактическим значением поступающего в МГП газа и распределения этой разницы между газовыми промыслами - ГП в рамках выдаваемого им задания на подачу товарного газа в МГП, отличающийся тем, что ИУС ДУ ГДП в процессе работы и при изменении плана добычи товарного газа по ГДП выдает задание на увеличение/уменьшение производительности каждого i-го ГП по товарному газу пропорционально энергоэффективности - которую автоматизированная система управления технологическим процессом АСУ ТП i-й дожимной компрессорной станции ДКС непрерывно определяет по формуле

где - валовый объем осушенного газа в единицу времени, производимый i-й установкой комплексной подготовки газа - УКПГ; - расход топливного газа в единицу времени, потребляемый i-й ДКС, стоящей перед i-й УКПГ; i - идентификационный номер ГП в составе ГДП, и вычисляемое значение непрерывно поступает в базу данных - БД ИУС ДУ и на вход I₅ блока расчета коэффициента пропорциональности для i-го ПИД-регулятора, который формирует в реальном масштабе времени сигнал задания на изменение производительности i-го ГП по товарному газу и подает его в i-ю автоматизированную систему управления технологическим процессом - АСУ ТП УКПГ, и таким образом ИУС ДУ распределяет план добычи товарного газа между всеми ГП таким образом, чтобы выполнение данной операции происходило с повышением значения суммарной энергоэффективности всех ДКС ГДП, и для реализации этого ИУС ДУ подает сигнал значения уставки на вход задания SP всех ПИД-регуляторов, формирующих задание на изменение производительности для своего ГП по товарному газу, и одновременно с этим подает сигнал значения фактического объема поставляемого ГДП потребителям товарного газа на вход обратной связи PV этих же ПИД-регуляторов, и одновременно с этим их блоки расчета коэффициента пропорциональности определяют для них значение коэффициента пропорциональности с учетом направления поправки на изменение задания производительности по товарному газу используя следующие формулы:

- если производительность ГДП требуется повысить, то на вход I₁ всех блоков расчета коэффициента пропорциональности ПИД-регуляторов ИУС ДУ подает сигнал логическая «единица», и блоки расчета производят вычисление для своих ПИД-регуляторов используя соотношение

- а если производительность ГДП требуется понизить, то на вход I₂ блоков расчета коэффициента пропорциональности ПИД-регуляторов ИУС ДУ подает сигнал логическая «единица», и блоки расчета производят вычисление для своих ПИД-регуляторов используя соотношение

где - минимальное и максимальное значения для i-го ПИД-регулятора, которые обслуживающий персонал определяет перед запуском i-го ГП в эксплуатацию, а также после каждого профилактического ремонта и периодически, по графику, и вводит их в БД ИУС ДУ, из которой их сигналы поступают на входы I₃ и I₄ i-го блока расчета коэффициента пропорциональности, также обслуживающий персонал определяет перед запуском i-го ГП в эксплуатацию и после каждого профилактического ремонта и периодически, по графику, значения и минимальной и максимальной энергоэффективности ДКС i-го ГП, которые соответствуют ее минимальной и максимальной производительности, и также вводит эти значения в БД ИУС ДУ, из которой их сигналы поступают на входы I₆ и I₇ i-го блока расчета коэффициента пропорциональности, который, получая все эти параметры, определяет значение и подает его со своего выхода на вход Кр ПИД-регулятора, к которому он подключен, в результате чего каждый i-й ПИД-регулятор формирует задание на изменение производительности i-го ГП по подаче товарного газа в МГП пропорционально поступившему на вход Кр значению коэффициента пропорциональности но выполнение этого задания активизируется только тогда, когда из АСУ ТП ДКС i-го ГП в ИУС ДУ и на вход start/stop i-го ПИД-регулятора поступает сигнал логическая «единица», разрешающий его работу, при этом все блоки расчета коэффициента пропорциональности и ПИД-регуляторы, к которым они подключены, реализованы на базе ИУС ДУ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обслуживающий персонал в момент запуска ГП в эксплуатацию устанавливает значение на выходе блока расчета коэффициента пропорциональности близким к среднему значению, определяемому по формуле и ставит ему в соответствие первоначальное расчетное задание по подаче товарного газа в МГП, после чего осуществляет запуск в эксплуатацию ГП, который происходит только в случае наличия разрешающего сигнала логическая «единица», поступившего из АСУ ТП УКПГ i-го ГП в ИУС ДУ и на вход start/stop i-го ПИД-регулятора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ИУС ДУ устанавливает сигнал логический «ноль» на вход start/stop ПИД-регулятора ГП при возникновении аварийной ситуации и/или при проведении ремонтных работ, запрещающий его работу, перераспределяет плановое задание по подаче товарного газа в МГП между работающими ГП и формирует сообщение диспетчеру ГДП об аварийной ситуации или о проведении ремонтных работ на указанном ГП для принятия решения по дальнейшему поддержанию плана подачи товарного газа потребителю.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ИУС ДУ формирует сообщение диспетчеру ГДП для принятия решения об изменении режима работы функционирующих ГП, если один или несколько из промыслов аварийно остановлен и невозможно выполнение плановой подачи товарного газа в МГП в результате перераспределения нагрузки между функционирующими ГП.