Общество  с ограниченной ответственностью «Научно технический  центр ОмскСибНА»

(ООО  «НТЦ «ОмскСибНА») 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ИТК СМР УЭЦН 

Омск – 2007

Содержание 

1. Назначение

    1.1 Наименование и область применения

    Полное  наименование комплекса - интеллектуальный технологический комплекс (ИТК) на базе системы мониторинга и регулирования (СМР УЭЦН) для оптимизированного  управления скважинным фондом на кустовых площадках Крапивинского и  Двуреченского, Лесмуровского, Западно-Моисеевского (ДЛМ) месторождений.

    Условное  обозначение – ИТК СМР УЭЦН.

    ИТК СМР УЭЦН объединяет ряд аппаратных (в том числе средства КИПиА) и программных средств, в совокупности с SCADA-системой нефтепромысла предназначена для дистанционного контроля, управления и регулирования отдельных скважин, их кустов или месторождения в целом. Применяется для оперативного дистанционного контроля состояния погружного и наземного оборудования кустовых площадок и оптимального управления в реальном масштабе времени оборудованием добывающих скважин с УЭЦН с диспетчерского пункта ЦДНГ-10, а так же автоматизации процесса вывода скважин  на режим.

    1.2  Назначение и цель  разработки ИТК  СМР УЭЦН

    Назначение  ИТК СМР УЭЦН:

    - мониторинг технологических и энергетических параметров, передача данных в диспетчерскую ЦДНГ-10;

• дистанционное управление УЭЦН кустовых площадок;
• дистанционная установка любого нового значения забойного давлении Рзаб, поддержание заданного Рзаб с учетом динамики скважин;

    - автоматический вывод скважины на режим;

• автоматизация и информатизация рабочего места специалистов технологической вертикали ОАО «Томскнефть» ВНК (диспетчер ЦДНГ – технолог ЦДНГ – специалист ЦИТС – главный инженер УДНГ ОАО «Томскнефть» ВНК).

    Основные  цели разработки ИТК СМР УЭЦН:

• повышение качества мониторинга технологического состояния насосной установки;
• оптимизация дистанционного управления в условиях отдаленности и труднодоступности технологических объектов;

    - оптимизация автоматического вывода  скважины на режим с использованием аналитического модуля;

    - повышение информационной полноты  мониторинга УЭЦН путем увеличения  частоты опроса оконечных устройств  при одновременной разгрузке  канала связи между сервером  ЦДНГ-10 и кустовыми КП;

• анализ работы погружного оборудования с использованием расширенного аналитического модуля со встроенными возможностями диагностирования состояния УЭЦН и скважины.

    1.3 Функции, реализуемые ИТК СМР УЭЦН

    ИТК СМР УЭЦН обеспечивает выполнение следующих функций:

• автоматизация и оптимизация процесса сбора и обработки данных (в том числе с погружной телеметрии);
• непрерывный контроль (мониторинг) основных параметров СУ УЭЦН и погружного   оборудования   добывающих нефтяных скважин, ориентировочный перечень основных контролируемых параметров представлен в таблице 1;

Таблица 1

• расчет (моделирование) по контролируемым параметрам и отображение в реальном масштабе времени вычисляемых  параметров, ориентировочный перечень вычисляемых параметров предоставлен в таблице 2;

Таблица 2

• сигнализация  предельных значений по всем контролируемым  и вычисляемым параметрам в соответствии с заданными уставками;
• регистрация и хранение первичных данных в единой интегрированной базе данных с выдачей аварийных сообщений соответствующим специалистам;
• регистрация всех включений и отключений электродвигателя с указанием времени и причины отключения и автоматическое архивирование их в базе данных;
• регулирование (задание и поддержание) забойного давления в ручном (оператором АРМ - технолога из диспетчерского пункта) и автоматических режимах с учетом характеристик скважины и насосной установки;
• поддержание заданного технологического процесса с использованием системы диагностики состояния скважин (с программным обеспечением реального времени);
• визуализация, дистанционное управление, программирование СУ УЭЦН в АРМ технолога с диспетчерской ЦДНГ-10;
• изменение в процессе эксплуатации уставок сигнализации и блокировок, заданий и параметров настройки регуляторов в АРМ-технолога с диспетчерской ЦДНГ-10;
• плавный пуск и частотное регулирование привода погружного оборудования УЭЦН;
• автоматический вывод скважины на режим с использованием аналитического модуля;
• предоставление информации из базы данных в виде трендов, таблиц, диаграмм;
• предоставление информации о технологическом процессе и состоянии оборудования в виде мнемосхемы с индикацией на ней значений технологических параметров, их отклонений;
• автоматическая регистрация действий оператора;
• учет времени наработки оборудования;
• оперативное выявление аварийных ситуаций;
• контроль состояния технических средств, локализация, сигнализация и регистрация отказов оборудования.

2. Описание ИТК СМР  УЭЦН

    2.1 Общие сведения об ИТК СМР УЭЦН

    2.1.1 ИТК СМР УЭЦН является информационным  и управляющим комплексом с  выполнением следующих основных  функций автоматизации: контроль (представление информации оператору АРМ диспетчера, технологу), сигнализация, защита, дистанционное управление, автоматический вывод скважины на режим, авторегулирование, блокировки.

    ИТК СМР УЭЦН является автоматизированным комплексом, он предусматривает работу средств автоматизации под контролем и при участии оперативного персонала. Для оперативного персонала, осуществляющего управление технологическим процессом и обслуживание ИТК СМР УЭЦН, оборудуются автоматизированные рабочие места (АРМ).

    Кроме программно-технических средств в состав ИТК СМР УЭЦН входят: блоки погружной телеметрии, станции управления УЭЦН, частотные преобразователи, средства связи между диспетчерским пунктом и кустом, кустовые контроллеры, контроллеры СУ УЭЦН и погружной телеметрии.

    2.1.2 ИТК СМР УЭЦН выполнен, в основном,  на программируемых средствах и частично - на локальных  непрограммируемых средствах автоматизации.

    Процессы  контроля и управления технологическим  оборудованием автоматизированы и  осуществляются с соответствующего АРМ.

    Локальные средства автоматизации, расположенные по месту у технологического оборудования, используются для выполнения функций измерения отдельных параметров и управления электроприводами.

    2.2. Основные технологические  решения по кустовым  площадкам

    2.2.1. ИТК СМР УЭЦН дает возможность реализовать технологию автоматической настройки и поддержания оптимального значения забойного давления по предварительно определенной фактической индикаторной диаграмме (характеристике притока) скважины с обеспечением качества переходных процессов и оптимальных условий работы УЭЦН.

    ИТК СМР УЭЦН позволяет расширить  контроль за состоянием погружного и  наземного оборудования нефтедобывающих  скважин и дополнительно получить ряд контролируемых и моделируемых (вычисляемых) параметров.

    2.2.2. Сущность технологии заключается в следующем. Режим работы скважины задают с помощью преобразователя частоты (ПЧ), выбирая рабочую точку (коэффициент продуктивности скважины) на фактической индикаторной диаграмме (кривой притока), предварительно снятой, например, при выводе скважины на режим. По рабочей точке определяют потребное забойное давление, на которое настраивается  насосная установка путем регулирования частоты ПЭД. При этом для установки и поддержания давления на приеме обеспечивается требуемое качество переходного процесса во избежание бросков и перерегулирования управляющих воздействий и регулируемых параметров, которые негативно отражаются на надежности и долговечности погружного электродвигателя и центробежного насоса. Одновременно контролируются предельные значения вибрации корпуса и температура обмоток погружного электродвигателя.

    Режим работы динамической системы «пласт – скважина – насосная установка» устанавливают и поддерживают путем  изменения производительности центробежного насоса с помощью преобразователя частоты в функции забойного давления, соответствующей условию согласования характеристики истечения, определяемой производительностью насоса и характеристики притока (реальной индикаторной диаграммы скважины) в заданной рабочей точке. Установка, регулирование и поддержание режимов работы производится с АРМ технолога добычи и кустовым контроллером с обеспечением качества регулирования (без колебаний и бросков) и ограничений по предельным параметрам погружного электродвигателя. С помощью АРМ - технолога добычи предварительно формируются и задаются технологические режимы: снятие индикаторной диаграммы (кривой притока), вывод на заданное забойное давление, поддержание (автоматическое регулирование) установленной величины забойного давления по заданной функции регулирования, установка предельных допускаемых значений электрических, тепловых и гидромеханических параметров.

    2.2.3. Составляющими технического эффекта  ИТК СМР УЭЦН являются:

    - информационная составляющая, определяемая  кратным повышением информационной полноты (наблюдаемости, достоверности и быстродействия/оперативности) расширенного контроля технического состояния процесса эксплуатации скважины с учетом фактических гидродинамических параметров;

    - регулирующая составляющая, заключающаяся  в оптимизации эксплуатационного режима скважин (равновесных режимов системы «пласт – скважина – насосная установка»), путем вывода скважины на оптимальный режим добычи с помощью регулирования частоты вращения ротора погружного электродвигателя;

    - диагностическая составляющая, реализуемая за счет непрерывного мониторинга технического состояния насосной установки, в том числе по комплексным характеристикам;

    - управляющая составляющая, позволяющая  проводить автоматический вывод скважины на режим по технологическому регламенту автоматического вывода на режим УЭЦН в соответствии с требованиями ОАО «Томскнефть» ВНК.

    2.3. Технологические  объекты исследования.

    2.3.1. Технологическим объектом является  выделенная ОАО «Томскнефть»  ВНК в ЦДНГ-10 одна из подключенных ранее к СМР УЭЦН 9 кустовых площадок (1Лм, 1 Дв, 2 Дв, 6 Зм, 2б Кр, 4 Кр, 5 Кр, 1б Кр, 15Дв) на Крапивинском, Двуреченском, Лесмуровском и Западно-Моисеевском месторождениях:

    ИТК СМР УЭЦН строится на основе располагаемого и эксплуатируемого технологического оборудования выделенной кустовой площадки, в т.ч. погружном, наземном оборудовании и средствах КИПиА.

    2.3.2. ИТК СМР УЭЦН удовлетворяет  требованиям действующего корпоративного  Стандарта НК «Роснефть» «Основные положения по автоматизации технологических процессов добычи нефти и газа».

    Технические средства нижнего уровня управления построены на базе кустового программируемого контроллера «Мастер-блок» Crossmaster 2.0.

    ИТК СМР УЭЦН разрабатывается на основании  утвержденных ОАО «Томскнефть» ВНК  основных технических требований к опытному образцу ИТК, разрабатываемого в рамках НИОКР на базе ранее созданной системы мониторинга и регулирования  (СМР УЭЦН) для оптимизированного управления скважинным фондом на кустовых площадках Крапивинского и Двуреченского, Лесмуровского, Западно-Моисеевского (ДЛМ) месторождений с учетом требований следующих нормативных документов:

• Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности ПБ 08-624-03;
• Правила устройств электроустановок ПУЭ  издание 6,7. 1997-2003 г.;
• Строительные нормы и правила. Системы автоматизации СНиП 3.05.07-85;

    В рабочей документации разработаны  и предоставлены чертежи по автоматизации  типовой кустовой площадки.

    2.4. Структура ИТК  СМР УЭЦН и назначение функциональных объектов

    2.4.1. В состав ИТК СМР УЭЦН входят  следующие функциональные объекты:

    - станции управления для погружного  насоса УЭЦН с преобразователями  частоты (Centrilift, REDA SpeedStar 2000, Электон 04, Электон 05);

    - контроллеры СУ УЭЦН (контроллеры  СУ УЭЦН REDA SpeedStar 2000, контроллеры СУ УЭЦН Centrilift, контроллеры СУ УЭЦН Электон-04, 05);

    - датчики погружной телеметрии (погружные  блоки ТМС, Phoenix MC, Centrilift);

    - контроллеры погружной телеметрии (наземные блоки ISP Phoenix);

    - кустовой программируемый контроллер  «Мастер-блок» Crossmaster 1.0 разработки ООО «НТЦ «ОмскСибНА»

    - канал передачи данных: кустовой  программируемый контроллер «Мастер-блок» Crossmaster 2.0 – контроллеры СУ УЭЦН и погружной телеметрии

    - канал передачи данных: кустовой  программируемый контроллер «Мастер-блок»  Crossmaster 2.0 – центральный сервер (система широкополосного радиодоступа;

    - серверная часть (имеющийся в  ЦДНГ-10 системный сервер Телескоп+ и вновь установленный центральный  сервер в составе: системный  блок с основными параметрами P4 3.0GHz, 1GB,250GBHDD, Ethernet; монитор 19”; ИП АРС Bock-UPS; принтер);

    - клиентские места локального  доступа (АРМ технолога ЦДНГ-10, АРМ службы ЦИТС с установленным  ПО SEMAC V2;

    - клиентские места удаленного  доступа (АРМ технолога УДНГ  ОАО «Томскнефть» ВНК, АРМ главного инженера УДНГ с установленным ПО SEMAC V2).

• блок устевой телеметрии.

    Общая схема ИТК СМР УЭЦН представлена на рис. 1. 

    2.4.2 Назначение функциональных объектов ИТК СМР УЭЦН.

    ИТК СМР УЭЦН строится по иерархическому принципу:

    - нижний уровень – уровень технологического  объекта;

    - верхний уровень – уровень  диспетчерских и технологических  служб предприятия.

    Функции нижнего уровня ИТК СМР УЭЦН реализуют  локальные системы контроля и  управления (СКУ) на базе контроллеров с соответствующим программным обеспечением.

    Функции верхнего уровня ИТК СМР УЭЦН реализует управляющий вычислительный комплекс, состоящий из сервера и автоматизированных рабочих мест специалистов технологических служб с соответствующим программным обеспечением.

    Связь между уровнями осуществляется по радиоканалу.

    2.4.2.1 Нижний уровень ИТК СМР УЭЦН обеспечивает выполнение функций контроля и управления технологическими функциональными узлами. Средствами нижнего уровня являются контроллеры функциональных узлов (контроллеры СУ, контроллеры погружной телеметрии, кустовые программируемые контроллеры «Мастер-блоки» Crossmaster 1.0), которые получают информацию о состоянии технологического объекта и воздействуют на УЭЦН посредством частотного преобразователя в соответствии с алгоритмом функционирования управляющих программ.

    2.4.2.2 Средством верхнего уровня ИТК СМР УЭЦН является центральный сервер и АРМы (АРМ – технолога добычи, АРМ начальника ЦДНГ, АРМ сервисных служб - служба проката, КИПиА и т. д., АРМ администратора системы).

    Персональные  компьютеры клиентских мест (АРМов) выполнены на РС - совместимых компьютерах и должны быть по техническим параметрам не хуже:

    - P3, 1.2GHz, 256 Мв ОЗУ, 40GB HDD, Ethernet;

    - LCD 15”.

    Рис. 1. Общая схема ИТК  СМР УЭЦН для кустовой площадки.

    2.5.   Структура программного  обеспечения ИТК СМР УЭЦН.

    2.5.1. Программное обеспечение (ПО) ИТК  СМР УЭЦН подразделяется на  системное ПО (общее  ПО) и прикладное  ПО (специальное ПО).

    Системное ПО не зависит от конкретного объекта  внедрения и подразделяется на:

    - ПО операционной системы;

    - ПО системы передачи данных (сетевой системы);

    - ПО интерфейса пользователя и  разработчика системы;

    - ПО языков технологического программирования;

    - ПО баз данных.

    Прикладное  ПО разрабатывается для решения  задач конкретного технологического объекта.

    В отношении размещения ПО представляет собой двухуровневую структуру: ПО верхнего уровня и ПО нижнего уровня.

    2.5.2 Прикладное ПО нижнего уровня  предназначено для исполнения  информационных и управляющих программ контроллеров функциональных узлов. Это программы: сбора и первичной обработки информации, специальной обработки информации, управления приводами, защит, блокировок, авторегулирования, функционально-группового управления, формирования мгновенной базы данных сигналов.

    ПО  контроллеров работает относительно самостоятельно и независимо от ПО компьютеров верхнего уровня. В связи с этим, при отключении верхнего уровня контроллеры осуществляют полное управление технологическим объектом в объеме, достаточном для  безаварийной работы оборудования. Аппаратная конфигурация контроллеров полностью покрывает имеющиеся потребности и предоставляет резерв для будущих расширений системы.

    2.5.3. Системное ПО верхнего уровня  включает в себя:

    - ПО операционной системы Windows;

    - ПО системы передачи данных;

    - ПО SQL-сервера.

    Системное ПО также предназначено для выполнения задач, обеспечивающих работоспособность системы:

    - контроль и управление работой  ИТК СМР УЭЦН;

    - диагностика и тестирование ИТК  СМР УЭЦН;

    - поддержка системы единого времени.

    Системное ПО АРМ и серверов функционирует  в операционной системе Windows. В качестве SQL-сервера используется Microsoft SQL-Server. Для доступа к данным, хранящимся  в архивной базе данных, используются стандартные компоненты ADO. При создании программы расчета показателей используется язык запросов к данным SQL, а интерфейс пользователя реализуется при помощи специализированных инструментальных средств.

    Прикладное  ПО верхнего уровня и отдельные программы, исполняемые на средствах верхнего уровня, написаны на языке Delphi 7.

    Прикладное  ПО верхнего уровня (ПО SEMAC V2) состоит из программ, реализующих следующие информационные задачи:

    - представление (визуализация) информации;

    - технологическая сигнализация;

    - архивирование информации;

    - протоколирование информации.

    Управляющие задачи решаются на нижнем уровне.

    2.5.4. Структурная схема программного  обеспечения ИТК СМР УЭЦН для  кустовых площадок представлена  на рис. 2.

    Система включает следующие аппаратно программные  и программные средства:

    - ПО контроллеров СУ УЭЦН с интеллектуальными протоколами обмена;

    - ПО контроля параметров приборов  КИПиА (датчики давления, температуры  и т.д.);

    - ПО кустового программируемого  контроллера «Мастер-блок» Crossmaster 1.0;

    - базу данных с реализацией  SQL-серверного ПО;

    - программные модули ПО SEMAC v2 ИТК СМР УЭЦН.

    2.6. Структура ПО SEMAC V2.0

    Программное обеспечение ИТК СМР УЭЦН является распределенным и многоуровневым. Программный  пакет SEMAC v2.0, являющийся основой ПО ИТК СМР УЭЦН выделяет следующие  информационные уровни (начиная с нижнего):

    2.6.1. Кустовой уровень.

    2.6.1.1 Программное обеспечение кустового  уровня располагается на кустовых  контроллерах «Мастер-блок» и  выполняет функции обмена данными  с оконечными технологическими  устройствами и вышестоящим уровнем,  первичный анализ и архивирование данных, реализацию базовых управляющих алгоритмов. Указанные функции реализуются посредством следующих программных модулей:

    - Модуль поддержки протоколов  обмена. Обеспечивает связь со  всеми необходимыми контроллерами,  датчиками и исполнительными механизмами кустового технологического оборудования, охватываемого ИТК СМР УЭЦН;

    - Модуль дистанционного конфигурирования. Обеспечивает возможность настройки  и конфигурирования ПО контроллеров  «мастер-блок» с вышестоящего  уровня (уровня ЦДНГ). Доступ к настроечным параметрам и конфигурации ПО кустовых контроллеров осуществляется из локальных клиентских мест цехового уровня, для которых настроены соответствующие опции – установлены конфигурационные модули клиентских мест. Настройку соответствующих опций производит администратор ИТК;

    - Модуль реального времени. Обеспечивает  сбор по заданному алгоритму  данных с оконечных устройств  и их промежуточное архивирование,  выдачу периодических команд  и уставок на оборудование  скважин, находящихся в одном  из управляющих режимов. Данные архивируются в таблицах локальной (кустовой) базы данных. В качестве оболочки базы данных используется MS SQL Server. Дискретность по времени обмена данными устанавливается администратором системы из конфигурационного модуля или автоматически (в зависимости от выставленной настройки). Минимальный период обмена зависит от количества подключенных оконечных устройств и объема их контента, а также, текущей пропускной способности внутрикустового канала связи. В соответствии с предварительным расчетом, в среднем по типовым кустовым площадкам минимальный период опроса составит от 300 мс до 5 сек.. Учитывая, что для фиксации быстропереходных процессов на ответственных интервалах (пусковые параметры, предаварийные состояния и т. п.) желателен обмен с интервалом до 100 мс, дискретность обмена настраивается индивидуально для каждого оконечного устройства в соответствии с уровнями приоритетности. Уровни приоритетов, влияющие на разделение внутрикустового трафика, задаются вручную администратором или автоматически от модуля первичной обработки данных (см. ниже).

    - Модуль первичной обработки данных. Обеспечивает первичную программную  обработку и сжатие данных, получаемых  от оконечных устройств. Модуль  производит в реальном времени  декодирование цифровых параметров и текстовых сообщений, анализ на соответствие технологическому режиму и степени их отклонения, начальную статистическую обработку. Предусматривается возможность реализации части диагностических функций, требующих быстрого реагирования, выполнение защитных команд и блокировок по заданному алгоритму. Первичная обработка данных, в случае необходимости, может быть использована для селекции и программного сжатия блоков данных, передаваемых на вышестоящий уровень. Это позволяет оптимизировать трафик передачи данных по каналу куст-цех и разгрузить центральный сервер;