Интеллектуальный мониторинг и управление скважинными насосными системами
Непрекращающийся рост интереса к интеллектуальным системам мониторинга и управления для механизированного фонда скважин связан, с одной стороны, с усложнением условий добычи нефти, а с другой, – с необходимостью повышения экономической эффективности нефтедобычи, включая сокращение затрат и потерь. Свой вклад также вносит появление «умных» технологий нефтедобычи, например, таких как программируемые приводы для скважинных насосов.
Между тем, существующие сегодня многоуровневые и многоконтурные системы мониторинга и управления скважинами предполагают значительное участие оператора. Иными словами, уровень интеллектуализации входящих в их состав станций управления (СУ) насосными установками явно недостаточен. Каждый уровень таких систем функционирует в собственном масштабе времени, требует принятия внешних решений и управляющего воздействия. Это приводит к неадекватности реакции системы на изменения режима – либо по скорости, либо функционально. Так, вместо требуемых секунд или минут, реакция может поступить через часы или дни, а вместо ухода от аварийного режима работы зачастую реакция сводится к срабатыванию защиты и выключению оборудования.
Новая интеллектуальная СУ «Борец» представляет собой конфигурируемую многоуровневую систему, включающую управляющие, корректирующие, аналитические и информационные программные модули, что позволяет ей осуществлять мониторинг, оптимизацию работы скважины и борьбу с осложнениями на всех этапах эксплуатации с минимальным участием оператора.
Актуальность интеллектуализации добычи постоянно возрастает, в связи с чем многие нефтяные компании уделяют все больше внимания развитию интеллектуальных систем мониторинга и управления работой добывающих скважин (рис. 1). В настоящее время ООО «ПК «Борец» завершает разработку интеллектуальной системы мониторинга и управления скважинными насосными системами (ИСУ). Основная цель разработки заключается в создании многоуровневой (скважина-контроллер-диспетчер-технолог) интеллектуальной системы с минимальным участием оператора. Система предназначена для мониторинга, оптимизации работы скважины и борьбы с осложнениями на всех этапах эксплуатации (запуск, вывод на режим, работа после вывода и т.д.).
Как правило, одной из наиболее важных при проектировании «интеллектуальных» систем задач считается распределение функций между ее уровнями. Такое распределение производят с учетом временного масштаба выполнения функций (минуты, часы, дни), плотности информационного потока канала удаленного доступа, мощности процессора станционного контроллера и др.
В то же время, распределяя технический функционал по уровням системы, нельзя забывать и о соответствующем распределении «операторского функционала». Уменьшение участия оператора в управлении работой скважин должно сопровождаться повышением тарифно-квалификационного уровня участников управления. При использовании верхнего уровня системы диспетчер и технолог цеха должны стать активными участниками управления онлайн-системой. Практика автоматизации объектов промышленности, в том числе нефтяной, как нельзя лучше подтверждает сказанное. Так, например, широкое внедрение АСУ ТП на газлифтных комплексах Западной Сибири в 1980-90 годах увеличило гибкость и качество управления, но не привело к ожидаемому снижению числа персонала, обслуживающего работу добывающего фонда.
АРХИТЕКТУРА ИСУ «БОРЕЦ»
Разрабатываемая ИСУ «Борец» состоит из двух уровней и интерфейса между ними (рис. 2). Базовый уровень – нижний, на котором располагаются обязательные элементы управления, такие как узлы электропогружной установки (СУ «Борец-15» или «Борец-ВД», контроллер «Аргус» или «Каскад-НТ», вентильный или асинхронный двигатель, центробежный или винтовой насос), и необязательные, например, система погружной телеметрии.
Верхний уровень и межуровневый интерфейс используются опционально. Верхний уровень включает в себя автоматизированное рабочее место (АРМ) специалиста, базу данных (справочники оборудования, скважин, пластов, свойств пластовых флюидов) и базу знаний. Удаленный контроль осуществляется при помощи системы WEB-SCADA «Борец» или цеховой телемеханики.
Задачи ИСУ «Борец» реализованы в виде исполняемых модулей, которые охватывают преобладающую часть управляющих процессов, предписываемых технологическими регламентами по эксплуатации скважин. Это как управляющие и корректирующие, так и аналитические и информационные модули. Их работа может конфигурироваться оператором,
диспетчером или самим алгоритмом (программой-диспетчером). Важную роль в работе системы играет модель скважины (рис. 3). При разработке модели была составлена схема скважины, выделены ее основные элементы и создана система уравнений, которая описывает работу и взаимодействие элементов и представляет собой математическую модель скважины. Данная модель позволяет рассчитывать текущие параметры скважины, в том числе дебит, давление на приеме насоса, температуру и др.; определять допустимые и недопустимые значения параметров; принимать обоснованное решение об управляющем воздействии, а при отсутствии погружной телеметрии или исчезновении ее сигнала – вести управление по модели на основе сигнала о загрузке.
Не менее важный этап создания системы – это ее тестирование и испытание (рис. 4). Для тестирования была разработана программа-имитатор, позволяющая имитировать работу скважины, моделировать процессы интеллектуального управления и тестировать разработанные программные модули перед испытаниями на стенд-скважине. В свою очередь, испытания на стенд-скважине дают возможность опробовать программные модули на реальном погружном оборудовании.
СКВАЖИННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ИСУ «БОРЕЦ»
Вслед за стендовыми испытаниями были проведены скважинные испытания ИСУ. На скважинах была выполнена бездатчиковая (без ТМС) многокритериальная оптимизация режима скважины с тестированием следующих интеллектуальных функций: максимизация дебита, предотвращение недопустимо высокой загрузки, частоты, пульсаций нагрузки; передача замеренных и расчетных параметров на уровень диспетчера; файловая загрузка уставок; адаптация модели по дебиту и динамическому уровню. Система была испытана на пяти скважинах. Срок испытаний составил от 60 до 190 суток, прирост дебита за этот период – от 6 до 15%. Критерии успешности достигнуты в полном объеме.
На рис. 5 приведены экранные формы файлов хронологии работы СУ, системы удаленного мониторинга по испытуемым скважинам и график изменения дебита и динамического уровня при испытаниях. В процессе испытаний возникало немало проблем, которые приходилось устранять в оперативном режиме. Некоторые из этих проблем и меры по их устранению приведены на рис. 6. Так, проблема чрезмерно большого объема информации в интеллектуальном режиме была решена путем сжатия и квантирования. От нестабильной частоты при относительно стабильной загрузке удалось избавиться посредством оптимизации зоны нечувствительности. Наконец, большой объем уставок (первоначальное значение – более 200) был сокращен как за счет собственно оптимизации их количества, так и посредством загрузки файла уставок через USB-порт и удаленный доступ.
КРИВАЯ ЗРЕЛОСТИ ТЕХНОЛОГИИ КОМПАНИИ GARTNER
В качестве заключения приведем кривую зрелости технологии компании Gartner (рис. 7). Кривая отображает стадии становления любого технологического новшества на рынке, будь то планшеты, 3Dпринтер или облачные технологии. Несмотря на то, что она была разработана более 20 лет назад, по оценке многих экспертов, данной кривой соответствует большинство существующих и применяемых сегодня технологий.
Кривая показывает пять основных участков: после «запуска технологии» (1) поднимается большой ажиотаж и наступает «пик завышенных ожиданий» (2), который переходит в так называемый «период разочарований» (когда потребители избавляются от иллюзий) (3), далее – вверх по «склону просвещения» (в этот период преодолеваются недостатки) (4) к «зрелости технологии» (5). Кривая представляется весьма интересной. Глядя на нее, компетентные специалисты без труда смогут ответить на вопрос «Где сегодня находится технология интеллектуального мониторинга и управления скважинами?».
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.