Автоматизированная система управления технологическими процессами нефтедобычи Советский патент 1981 года по МПК E21B47/00 

(54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ НЕФТЕДОБЫЧИ

1

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для построения автоматизированных систем управления нефтегазодобывающим предприятием.

По основному авт. св. № 409550 известна автоматизированная система управления технологическими процессами нефтедобычи, содержащая блок контроля и управления работой скважины, регистраторы времени, блок управления групповыми измерительными установками, блоки управления сепарацией нефти, подготовкой нефти, сдачей нефти, -транспортом газа и закачкой воды, соедшенные с соответствующими блоками информационного обеспечения, коммутатор направлений, приемно-передающие устройства, блок переключения, блок управления информационными потоками, блок согласования, блок долговременной памяти, вычислительной блок, аналоговые модели, оптимизатор, блок заданий, блок обслуживания заявок, блок производственных программ, блок контроля выполнения плана, регистратор заявок, блок распределения ресурсов, табло-график, причем блок управления информационными потоками соединен с блоком пронэводственных программ, блоком контроля выполнения плана, регистратором заявок и блоком распределения ресурсов, а блок контроля выполнения плана соединен с блоком производственных программ, при этом регистратор заявок соедшсен с блоком распределения ресурсов, а табло-график соед1шен с блоком заданий по входу и по выходу с приемно-передающим устройством, а при зтом оптимизатор соединен с аналоговой моделью и вычислительным блоком 1.

Недостатком известной системы является то, что она не обеспечивает сбор информации от рассредоточенных объектов при задании постоянной программы измерения для повышения оперативности в контроле за производительностью скважин, реализацию предварительной подготовки информации на районных инженерно-технологических службах для выработки команд управления, текущего прогноза возможности выполнения производственных программ и централизацш сбора информации с объектов нефтедобычи непосредственно со службы обработки информа №и для формирования производственных программ. Цель изобретения - повышение надежности обработки информации и повышение оперативности в управлении. riocTaBneFfflaa цель достигается тем, что сист ма снабжена блоком задания режима изменения, блоком подготовки информавди, блоком задания режима поверки, блоком регистрации состояния объектов, блоком прогноза выполнения плана, блоком управления, блоком опроса и формирователем производственных программ, который соед1О1ен с вычислительным блоком взаимными связями и блоком управления, подключенным к вычислительному блоку взаимными связями и блоку опроса., который соедашен с блоком согласован}-ш, блок. прогноза выполнения плана соеди нен с блоком контроля выполнения плана и взаимными связями с блоком управления информационными потоками, причем блок регистрации состояния объектов соединен с при но-передающим устройством и блоком подготовки . информация, под4 люченным к блоку задания режима измерения и взаимными связями к приемно-передающему устройству, а блок задания режима измерения соединен с блоком переключения и блоком обслуживания заявок, а блок задания режима поверки соединен с блоком переключения. На чертеже приведена блок-схема предлагае мой автоматизированной системы управления технологическими процессами. . Система состоигт из блоков 1 контроля и управления скважин, блоков 2 управления групповыми измерительными установками (и индивидуальными измерительными установками для отдаленных скважин), связанных с блоками управле1 ия других объектов гидравл ческим каналом 3 связи, и регистраторов 4 времени, устанавливаемых на скважинах. Имеются блоки 5 1шформационио1о обеспечения, соединенные с районной инженерно-техно логической службой 6 телефошп1).ми и телемеханическими каналами связи, которая содержит коммутатор 7 направлений и приемно передающее устройство 8. Блоки 5 информа1ЩОННОГО обеспече ия охвачены связями с блоками 9 управления сепарацией нефти, блоками 10 управления подготовкой нефти, блоками И управления сдачей нефти, блоками 12 управления транспортом газа, блоками 13 управления закачкой воды и блоком 2 управления групповыми гомеритель ными установками. На районной 1шженерно-т нолог меской службе 6 диспетчер 14 и имеются блок 15 обслуживания заявок и блок 16 переключения. На центральной инженерно-технологической службе 17 система кроме коммутатора направлений 7 и ириемно-передающего устройства 8 содержит блок 18 управления информационными потоками, блок 19 контроля выполнения плана, блок 20 производственных программ, регистратор заявок 21 и блок 22 распределения ресурсов, имеющие световую и цифровую индикацию для диспетчера 14. В систему включено и база 23 производственного обслуживания,содержащая приемнопередающее устройство 8, блок 24 заданий и табло-график 25. Имеется служба 26 обработки информации, где установленьг блок 27 согласования, вычислительный блок 28, блок 20 долговременной памяти, модели 30 и оптимизаторы 31. Система имеет кроме указанных блоков также на районных инженерно- технологических службах блок 32 задания режима измерения, блок 33 подготовки информЛ1ии, блок 34 задания режима поверки и блок 35 регистрации состояния объектов, и на центральной инженерно-технологической службе 17 блок 36 прогноза выполнения плана и в службе 26 обработки информации блок 37 зправления. блок 38 опроса и формирователь 39 производственных программ. Система функционирует следующим образом. Блоки 1 управления работой скважин обеспечивают на механизированных скважинах пуск и остановку привода и защитные функции при различных аварийных ситуациях. На фонтанных скважинах осуществляется автоматическая блокировка коллектора при превышении давления вьние заданного и при порыве коллектора с автоматической разблокировкой при восстановлении рабочего давления и выкид ном коллекторе. На газлифтных скважинах реализуется регулирование подачи газа в зависимости от режима отбора нефти (жидкости) и установле1шого удельного расхода газа, управление периодической эксплуатацией и защитные функции при авариях. Работой самих скважин управляет групповая измерительная установка, к которой они подключены по оптимальному методу группирования, через блок 2 управления и гидравлический канал 3 связи. Регистратор времени 4 фиксирует действительное время работы скважины. По технологическому циклу продукция скважин поступает на групповую измерительную установку, где производится процесс измерения и регистрации параметров каждой из подключенных скважин. Блок 2 по команде блока 5 информационного обеспечения подключает очередную скважину на измерение. В зависимости от режима разработки и производительности групповых измерительных установок выбирается постоянная или переменная программа измерения с j ieTOM характеристик самих скважин. Выбор программ измерения осуществляет диспетчер при помощи блока 32 задания режима измерения. С блока 32 . через блок 16 переключения и коммутатор 7 направлений подается соответствующая команда на блок 5 информационного обеспечения, чем устанавливается выбранная программа измерения на групповой измерительной установк При постоянной программе время измерения выбирается одно и то же для всех подключенных скважин с учетом выбранной общей погрешности измерения. Переменная программа измерения задается временным диапазоном по максимальному и минимальному дебитам скважин, подключенных к групповой. Таким образом, измерение каждой скважины осуществляется по индивидуальной самонастраивающейся программе в зависимости от ее параметров. После окончания цикла измерения блок 5 информационного обеспечения формирует сигнал заявки и передает его в районную инженерно-технологическую службу 6, которая осуществляет сбор информации с групповых измерительных установок по методу массового обслуживания заявок. Коммутатор направлений подключает к направлению, подавшему заявку, приемт опередающее устройство 8, которое подает сигнал опроса на соответствующую групповую и осуществляет прием аварийной и измерительной информации. Приемно-передающее устройство 8 принимает во втором международном коде следующие характеристики объекта: номер групповой Nrp, номер скваж1шы №скв время измерения Ь изм дебит жидкости 01 к дебит газа ч г и процент обводненности продукции скважины. Эта информация поступает в блок 33 подготовки информации, где данные предварительно обрабатываются с целью прогноза суточной производительности скважин по циклическим измерениям. Такая обработка обеспечивает диспетчера оперативной информацией о работе скважин. По окончании передачи информации блок 5 информационного обеспечения подключает на измерение очередную скважину при помощ1{ блока 2, а на районной инженерно-технологической службе 6 обслуживается очередная заявка. Газожидкостная смесь поступает на сепарационные установки с предварительным сбросом балластной воды. Здесь осуществляется сепарация нефти от газа и балластных вод. Управ ление всеми технологическими процессами на сепарационных установках осуществляется блоком 9 управления сепарацией нефти. Промежутошая регистрация параметров сепарационНОЙ установки (суммарный дебит жидкости г lacTKa сбора Ql. , дебит газа Q. г, дебит подаваемой в сырье горячей балластной воды Q гви дебит сброшенной балластной водый з и дальнейшая их передача на районную инженерно-технологическую службу 6 осуществляется своим блоком 5 информационного обеспечен1ш. Сбор Ю1формации с сепарационных установок осуществляется по опорадической программе. Отсепарированная от газа и частично от балластной воды нефть поступает на установку товарной подготовки. Здесь нефть обессоливается и обезвоживается, доводится до товаркой кондиции и сдается потребителю, Регу-, лирование технологическими процессами на установке товарной подготовки н товарносдаточными операциями на установке товар- ной сдачи осуществляется блоками 10 и 11 управления подготовкой нефти н сдачей нефти. Информац.чя с блоков 10 и 11 управления подготовкой нефти и сдачей нефти, Шформащш с блоков управления подготовкой 10 (количество подготовленной нефти, количество затрачегшого реагента и тепла и количество сданного нестабгтьного бензина) и сдачи 11 (кол№ ество сданной нефти и ее качества) передается на районную 1шженерно-техпологическую службу 6 блоками 5 ршформациошюго обеспечения по спорад 1ческой программе. Для обеспечения требуемой . точности сдаш товарной продукщш (товарной нефти) производится поверка средств измерений расхода на установке товарной при помощи трубопоршневых установок или образцовых счетшжов. Поверка может осуществлйгься Б начале и конце товаросдатоннь х операщт, но не реже одного раза в декаду. Команда на поверку формируется в районной инженернотехнологической службе 6 диспетчером 14 при помощи блока 34 задания режима поверки. Сшнал (комагща на поверку) поступает с блока 34 через блок 16 переключения, коммутатор 7 направленшЧ и блок 5 информационного обеспеченил на блок 11 управления сдачей нефти. В результате поверки при помощи трубопоршневой установки формируются поправочные коэффициенты для расходомеров, которые блоком 5 передаются в районную инженерно-технологическую службу 6 и устанавливаются на месте оператором. Отсепар11фоваш(ый газ с сепарационных установок подается на компрессорн ю станцию, режим которой регушфуется блоком 12 управления транспорта газа. Информация (количество газа и фракционной состав) передается спорадигески блоком 5 информационного обеспечения.

Балластная вода подготавливается для закачки в пласт на очистных сооружениях и закачивается в пласт цехом подаержания пластового давления, который кроме этого закачивае и пресную воду. Регулирование процессами осуществляется блоком 13 улравленют закачкой воды. Информация (количество закаченной пресной и соленой воды, расход коагулянта и расходы по KycTOBbiM насосным станщшм) передается на районную (снженерно-технологическую службу 6 блоком 5 информационного обеспеченяя.

Информация о времени работы скважин от регистратора 4 времени передается на районную инженерно-технолопиескую службу 6 через оператор. Информация с групповых шмертельных установок передается по стохастической или ц{и л№-{еской программе,. а со всех остальных объектов по спорадической программе. Характер работы аппаратуры районной инженерно-тежюлогической .службы задается днспетчером 14 через блоки 15 обсл)жива1шя заявок, который воздействует на коммутатор 7 направлений и приемно-передающее устройство 8 через блок 16 переключения. На районной инженерно-технологической службе 6 регистрируется аварийное состояние групповых измерительных установок и объектов ППД. При этом обеспечивается расшифровка адреса объекта, подавшего аварийный сигнал. Кроме того, диснетчер осущеспзляет передачу через приемно-нередающее устройство измерителызой, контрольной и производствешю-технолоптческой 1шформаций, а также Згшвок на транспорт и ремонт на центральную инже. нерно-технологическую службу 17. В этом режиме блок 16 переключения блокирует коммутатор 7 наиравпений и объекты ожидают конца передачи. Обеспечивается также расишфровка адреса и отключение от направлен1Ш групповой измеретеяьной установки, иа которой произошло аварийное отключение электроэнергии. На районной га1женерно-технологической службе 6. полную обработку информации не производят, а осуществляют предварительную подготовку данных, чтобы обеспечить требуемое оперативное управление объектами нефтедобычи. Аваркшал информация с приемно-передающего устройства 8 поступает . на- блок 35 регистрации СОСТОЯН.ЕШ объектов и формируется наглядная сотузлйш о работе каждого, звена тех1голог ческого процесса добычи, подготовки и сдачи нефти и поддержания пластового давления. Как правило, ггеред работой диспетчер 14 задает исход11у1о ситуацию блоку 35. Затем в процессе работы Ситуационная картшш состояния объектов нефтедобычи автоматически меняется при игшичйя соответствующей информаш й.

В роли цeнтpaль oгo регулирующего объек- та по данной схеме используется сепарационная установка, управляюндие воздействия на другие объекты сбора и подготовки которая передает по гидравлическим каналам 3 связи. Это позволяет при необходимости производить переключение жидкостных потоков (обводнение и не обводнение скважины) и регулировать подачу нефти на подготовку. Вся производственно-технологическая информация на центральной инженерно-технологической службе 17 принимается через коммутатор направлений 7 своим приемо-передающим устройством 8. Принятая информация пред5 варителъно анализируется, систематизируется и распределяется по соответствующим блокам диспетчером 14 через блок 18 управления информациош{ыми потоками. Информация может и непосредственно поступать с приемо-передаюQ щего устройства 8 на блок 18 управления информационными потоками.

Контрольная и измерительная информация от объектов добычи, подготовки и сдачи нефг ти и газа поступает в блок 19 контроля вы5 полнения плана, В зависимости от поступившей информации блок 19 контроля выполнения пла1М производит регистрацию с визуальным воспроизведением календарного времени и хода выполнения суточных плановых 0 заданий для целей оперативного управления и учета, а также суммирует ежесуточные показатели для организации месячной отчетности. Кроме того, блоком 19 производится сравнение получешюй шформации с плановыми заданиями, занесенными в блок 20, и выбирается шформацкя рассогласования, которая визуально воспроизводится для диспетчера. На основании анализа информации рассогласования ддюпетчер принимает решения, о которых информирует районные инженерно-технологические службы 6 через приемно-передающее устройсшо 8. По сугошой и накопленной инфоррйацйи по показателям производительности объектов с блока 19 контроля выполнения плана блок 36 прогноза выполнения плана формирует вероятность вьшоянения месячных заданий для каждого технологического подразделения, исходя из количества действующих скважин. Этим обеспечивается выработка соотЕетствующ1 х организационно-технических (гео лого-техни5еских мероприятий) для выполнения плановых заданий по добыче и подготовке нефти. Корректировка прогноза производится кри поступлений новой информации о работе .и производительности объектов. 5 Информация по заявкам на обслуживание заносится диспетчером через блок 18 управпея1щ информационными потоками в регистратор 21 заявок, который их фиксирует. По результатам анализа заявок диспетчер производит распределение ресурсов, записанных в блоке 22. Информация об удовлетворении заявок и решений диспетчера передается через приемно-передающее устройство 8 на базу про изводственного обслуживания 23, где принима ется своим приемно-передающим устройством 8 и поступает на блок заданий 24 и на табло-график 25, где фиксируется сама заявка и ответ на нее. Ответная информация об удов летворении заявки поступает и на центральную инженерно-технологическую службу 17. Таким образом, имеется наглядная картина с1ратегии обслуживания заявок. Кроме того, на базе 23 производственного обслуживания табло-график 25 регистрирует текущий план проведения геолого-технических мероприят 1Й и ремонтных работ на определенный интервал оперативного управления (декада и месяц). Данный план рассогласован с ресурсами, которые имеются на предприятии и зафиксированы блоком 22 распределения ресурсов. Информа щя о выполнении плановых мероприятий пост пает с базы 23 на центральную инженерно-технологическую службу 17. Вся контрольная и измерительная информация,-кроме заявочной, поступает в службу 26 обработки информации. Через блок 27 согласования информации поступает на вычислительный блок 28 или в блок 29 долго временной памяти. Здесь осуществляется обработка поступающей информации, рещение требуемых производственных за,аач с использованием моделей 30 и оптимизаторов 31 и выработка рекомендаций по оптимизации производственных процессов. Часть; обработанной 1шформа1щи заносится в блок 29 долговременной памяти вьиислительного блока 28. Результаты решения задач передаются на центральную инженерно-технологическую службу 17, где разносится блоком 18 управления информационными потоками в блок 20 производственных программ и блок 22 распределения ресурсов, а также доводятся до сведения соответствующих районных инженернотехнологических и других служб. Со службы 26 обработки информации может осуществляться непосредственно сбор информации со всех районных 1шженерно-технологкческих служб 6. Блок 37 управления подает команду на вычислительный блок 28, которые воздействуют на блок 38 опроса. Через блок 27 согласования блок 38 опроса в определенной последовате)п ностк, задаваемой вычислительным блоком 28, подает опрос ный сигнал на выбранную районную инженерно-технологическую службу 6. Здесь опросный сигнал принимается через коммутатор 7 направлений приемно-передающим устройством 8. Этот сигнал воздействует на блок 33 подготовки информащти, который включается в режим передачи информации, которая будет передаваться в службу 26 обработки информации. По окончании приема информации о выбранной районной инженерно-технологической службы блок 38 опроса выбирает следующее подразделение . Опрос районных инженерно-технологических служб может осуществляться и выборочно при. отработке конкретных команд оперативного управления. Служба 26 обработки информации в конце интервала оперативного управления (месяц, квартал и год) формирует производственные программы (режим для всех технологических объектов производственного цикла) на последующий интервал. Причем эта операция осу-ществляется с некоторым запаздыванием относжельного конца текущего интервала управления (за несколько дней), что вызывает необходимость применения .методов аппроксимации функции производительности каждого объекта нефтедобычи вероятностными моделями (или дрзтими способами) по статист ческим датгаым прощедщего периода зксплуатации. Блок 37 управления запускает формирователь 39 производственных программ, который первоначально формирует ремсим отбора нефти из пластов для всего эксплуатационного фонда скважин. Режимы формируются для( фонтанных, газлифтных и газовых скважин и механизированных скважин по комплексному алгоритм} с учетом общей модели прогноза и необходимости занесения в выходные формы разных геологопромысловых показателей для отдельных типов скважин. Выбор и оптим} зация режима отбора осуществляется, исходя из требований плапа с учетом рациональной разработки месторождения при достижении максимального коэффициента эксплуатащвд скважии. При этом формируется план проведения необходимых геолого-технических и других орпшкзацио гао-техиических мероприятий по каждому лодразделенкю. Формируются итоговые данные по режимам для каждой районной инженер-г но-технологической службы и нефтегазодобывающего управления в целом. Исходя из требований поддержания пластового давления при выбранных режимах отбора, формируются режимы нагнетательных скважин. Для газлифта при формировании режима газовых ск1$ажин производится оптимизация газовых потоков с учетом требуемого отбора жидкости с пласта и запасов свободного газа. Затем формируются режимы формирователем 39 для объектов подготовки и сдачи нефти, попзтиого газа и воды. Функционирование формирователя 39 осуществляется совместно с вычислительным блоком 28, аналоговыми и моделями 30 и оптимизатором 31. Затем через блок 27 согласования передают режимы на лентральную инженерно-технологическую службу 17, где заносятся в блок 20 пронзводственных программ, районные инженернотехнологические службы .6 и базу производст венного обслуживания 23, которые затем реализуют эти управляющие воздействия. После формирования режимов, служба 26 обработки информации производит обработку отчетных показателей с вьщачей соответствую щих форм отчетности по всем объектам неф тедобычи. Предлагаемая автоматизированная система уп{)авления технологическими процессами неф тедобычи позволяет централизовать сбор и обработку текущей производственной информации с разумной доцентрализацией ее предварительной подготовки, охватить едш1ым циклом сбора различные объекты по своему функционированию, оперативно представлять ситуацию по выполнению производственных заданий на конец интервала оперативного управления и реализовать формирование производственных программ с учетом предыстории и наличия ресурсов. Технико-экономическая эффективность от применения системы будет достигнута за счет уменьщения простоев объек тов нефтедобычи, рационального использования ресурсов для реализации требуемых геологотехнических и ремонтных мероприятий, что приведет к уменьшению потерь средств на производство и увеличение добычи нефти в целом при максимизации коэффициента отбора по месторождению. Формула изобретения Автоматизированная система управления тех нологическими процессами нефтедобычи по 12 авт. св. N 409550 отличающаяся тем, что, с целью повышения, надежности управления технологическими процессами, она снабжена блоком задания режима измерения, блоком подготовки информации, блоком задания режима поверки, блоком регистрации состояния объектов, блоком прогноза выполнения плана, блоком управления, блоком опроса и формирователем производственных программ, при этом формирователь производственных программ соединен с вычислительным блоком взаимными связями и блоком управления, подключенным к вычислительному блоку взаимными связями и блоку опроса, который соединен с блоком согласования, причем блок прогноза выполнения плана соединен с блоком контроля выполнения плана и взаимными связями с блоком управления информационными потоками, а блок регистрации состояния объектов соединен с приемно-передающим устройством и блоком подготовки информации, который подключен к блоку задания режима измерения и взаимными связями к приемно-передающему устройству, причем блок задания режима измерения соединен с блоком переключения и блоком обслуживания заявок, а блок задания режима поверки соединен с блоком переключения и блоком обслуживания заявок, а блок задания режима поверки соединен с блоком переключения. Источники информашш, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 409550, кл. Е 21 В 47/00, G 01 F 15/00, 1971.