Введение к работе
Актуальность темы
Проектирование систем управления такими сложными объектами, как нефтяные и газовые месторождения, подземные хранилища газа (ПХГ), представляет трудности в силу неопределенности природного фактора, которым характеризуются продуктивные пласты этих объектов.
Эта неопределенность, а также неполнота и погрешность исходных данных и, в конечном счете, несоответствие реальным процессам используемых моделей приводит к тому, что при проектировании системы управления технологией ее функции для начального этапа жизненного цикла сводятся к измерению и стабилизации параметров наземного оборудования, не затрагивая управление процессами в продуктивной залежи.
В этих условиях система автоматизированного проектирования (САПР) позволяет охватить только отдельные части технологического процесса, а не всего процесса в целом.
На протяжении жизненного цикла системы при неразрывной связи цепи проектировщик-система происходит углубление знаний об объекте управления, появляется необходимость проектирования дополнительных функций, способствующих повышению эффективности эксплуатации технологического объекта.
Для ПХГ одними из таких функций являются алгоритмы расчета рационального объема буферного газа, подлежащего хранению, контроль уровня газоводяного контакта относительно забоя эксплуатационных скважин, контроль и управление запорными пневмопри-водными кранами.
Проектирование этих функций связано с моделированием процесса, решением инженерных прикладных задач, проведением опытно-конструкторских разработок.
Результаты проведенных автором экспериментальных и теоретических исследований, а также опытно-конструкторских работ позволили получить решения прикладных задач, создать или усовершенствовать устройства управления, которые интегрируются в математическое и техническое обеспечения САПР.
В данной работе на примере Северо-Ставропольского ПХГ был решен ряд задач, синтез результатов которых расширяет возможности САПР при проектировании систем управления технологическими процессами на аналогичных объектах и повышает эффективность эксплуатации ПХГ.
Цель работы и задачи исследований
Целью диссертационной работы является разработка математических моделей, постановка прикладных задач и выбор средств автоматизации контроля и управления, интеграция результатов которых в САПР расширяет функции системы управления и способствует повышению эффективной эксплуатации ПХГ.
Поставленная цель реализуется через решение следующих связанных между собой задач:
-
Разработка моделей и алгоритмов расчета рациональных объемов буферного газа, обеспечивающих заданные объемы отбора активного газа с учетом экономических показателей.
-
Построение математической модели механизма подъема пластовой жидкости к нижним перфорационным отверстиям обсадной колонны скважины, позволяющей определить:
характеристики обводнения эксплуатационной скважины при отборе газа;
уровень положения газоводяного контакта относительно забоя скважины.
-
Проектирование системы контроля и управления запорными пневмоприводными кранами и интеграция ее в техническое обеспечение САПР, позволяющие обеспечить надежное управление запорным оборудованием.
-
Разработка рекомендаций для проектирования системы оперативного управления технологическими процессами ПХГ.
Научная новизна
Разработаны новые алгоритмы и модели в составе САПР ПХГ, позволяющие на принципиально новой теоретической основе обеспечить рациональное управление эксплуатацией ПХГ.
Основные защищаемые положения
Научная новизна определяется следующими защищаемыми положениями, которые рекомендуется учесть при проектировании систем управления технологическими процессами ПХГ:
-
Модели, алгоритмы и программы расчета рациональных объемов буферного газа;
-
Математическая модель механизма подъема пластовой жидкости к нижним перфорационным отверстиям обсадной колонны скважины, позволяющая определить характер обводнения работающей эксплуатационной скважины и уровень положения газоводяного контакта по отношению к ее забою;
-
Система контроля и управления запорными пневмоприводны-ми кранами, используемыми на ГРП и газотранспортных предприятиях газовой отрасли.
Практическая ценность и реализация полученных результатов Практическая значимость работы характеризуется следующими результатами:
использованием алгоритмов расчета рациональных объемов буферного газа, необходимых для обоснования режима эксплуатации ПХГ;
использованием математической модели механизма подъема жидкости для определения уровня газоводяного контакта относительно забоя эксплуатационных скважин в процессе отбора газа из ПХГ;
внедрением системы контроля и управления запорными пневмоприводными кранами в проектируемых и реконструируемых АСУ ТП ГРП;
использованием результатов диссертационной работы в инжиниринговых компаниях и проектных организациях при проектировании систем автоматизации и управления технологическими процессами на объектах ПХГ;
внедрением спроектированных АСУ ТП на шести ГРП Севе-ро-Ставропольского ПХГ.
Апробация работы
Основные результаты работы рассматривались на научно-технических советах ООО «Газпроектинжиниринп), 000 «Гипро-газцентр», в научной и учебной работе РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка используемых источников. Содержание изложено на 127 страницах, включая 24 рисунка и 1 таблицу. Результаты работ опубликованы в семи публикациях, в том числе в пяти изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования РФ.
