Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ проблем автоматизации процесса добычи нефти установкой электроцентробежного насоса 11
1.1 Актуальность разработки автоматизированной системы управления процессом добычи нефти УЭЦН 11
1.2 Технологический процесс добычи нефти УЭЦН 15
1.3 Современные подходы к решению проблем автоматизации технологического процесса добычи нефти УЭЦН 23
1.4 Цель и задачи исследования 36
Выводы по первой главе 39
Глава 2 Построение АСУ УЭЦН на основе методов искусственного интеллекта 40
2.1 Декомпозиция станции управления 40
2.2 Универсальность постоянной части станции управления 46
2.3 Единый интерфейс взаимодействия постоянной и переменной частей станции управления 65
2.4 Интеллект постоянной части станции управления 74
Выводы по второй главе 80
Глава 3 Интеллектуальная АСУ УЭЦ11 82
3.1 Функциональная схема интеллектуальной АСУ УЭЦН 82
3.2 Информационная модель АСУ УЭЦН 87
3.3 Система принятия решения по управлению УЭЦ11 на основе синтеза технологии нейросети и прецедентов 94
3.4 Алгоритмы работы АСУ УЭЦН 101
Выводы по третьей главе 104
Глава 4 Практическая реализация и оценка эффективности разработанной АСУ УЭЦ11 106
4.1 Автоматизированная система имитациопною моделирования 106
4.2 Программно-аппаратная реализация АСУ УЭЦН 113
4.3 Оценка эффективности разработанной АСУ УЭЦ11 126
Выводы по четвертой главе 131
Заключение 132
Литература 134
Приложение 1
- Актуальность разработки автоматизированной системы управления процессом добычи нефти УЭЦН
- Декомпозиция станции управления
- Функциональная схема интеллектуальной АСУ УЭЦН
- Автоматизированная система имитациопною моделирования
Введение к работе
Наиболее актуальной на сегодняшний день проблемой является увеличение долговечности и надежности машин и механизмов в машиностроении за счёт повышения качества деталей машин; размерной точности, качества и точности поверхностных слоев, свойств материала деталей. Одно из направлений решения этой проблемы заключается в применении новых высококачественных материалов и сплавов, нанесении различных покрытий, механическом упрочнении рабочих поверхностей деталей, использовании специальных смазочных материалов и т.д. Однако такие решения связаны с увеличением трудоемкости изготовления и стоимости продукции, и не всегда целесообразны с экономической точки зрения.
Наибольшие сложности с технологической точки зрения вызывает изготовление прецизионных деталей с повышенными требованиями к качеству поверхности. Как правило, высокие требования по точности предъявляются к деталям, эксплуатируемым в узлах трения скольжения или качения в автомобильной, железнодорожной, авиационной, космической, машино- и приборостроительных отраслях промышленности. К таким деталям можно отнести плунжеры, золотники, поршни и поршневые пальцы, гладкие и ступенчатые валы, детали опор качения (кольца, ролики, шарики подшипников) и др. Наиболее ответственными и широко используемыми, практически во всех перечисленных отраслях промышленности, являются подшипники качения, производство которых является массовым, и предъявляет дополнительные требования к технологическому процессу по производительности, стабильности получения заданных показателей качества и себестоимости.
Другой путь повышения эксплуатационных характеристик подшипниковых и других узлов, работающих в условиях качения, состоит в совершенствовании их конструкции на основе оптимизации геометрии рабочих поверхностей деталей и повышения их качества. Оптимизации формы рабочих поверхностей подшипников было посвящено достаточно большое число исследований. Как показали исследования Королева А.В., Орлова А.В. и других ученых, модификация профиля дорожек и тел качения приводит к более равномерному распределению напряжений по контактным площадкам, в результате чего надежность и долговечность возрастает в несколько раз [100, 136, 137, 191, 192, 251, 261, 291]. Наиболее целесообразно, с этой позиции, получение профиля контактных поверхностей в виде дуги окружности относительно большого радиуса или бомбины.
Как известно, формирование требуемых качественных и точностных характеристик прецизионных деталей происходит на заключительных операциях технологического процесса механической обработки: шлифования и доводки [33, 35, 36, 45, 51, 53, 62, 67, 85, 99, 100, ПО, 119 125, 138, 142, 143, 146, 149, 164, 175, 177, 188, 209, 217, 218, 239, 269, 282]. Если вопрос формообразования дорожек качения колец подшипников изучен достаточно полно, то этого нельзя сказать относительно роликов подшипников качения, в особенности с дуговым профилем. Наиболее эффективным методом доводки наружных поверхностей тел вращения, является бесцентровое суперфиниширование с продольной подачей. Преимущества данного метода заключаются в повышении размерной точности, уменьшении макро- и микрогеометрических отклонений формы и шероховатости поверхности, создание остаточных сжимающих напряжений, отсутствие прижогов из-за низкой температуры в зоне резания (до 80°), значительное увеличение несущей поверхности и другие [48, 53, 61, 62, 69, 72, 126, 160, 168, 239, 270,282,294 и др.]
Существенный вклад в совершенствование процесса суперфиниширования внесли такие учёные как Лурье Г.Б., Кремень З.И., Наерман М.С., Чеповец-кий И.Х., Брозголь И.М., Резников О.В., Мартынов А.Н., Королёв А.В,, Дави-денко О.Ю., Мазальский В.Н. и др.
Наиболее известные исследования [36, 53, 85, 239 и др.] в области бесцентрового суперфиниширования с продольной подачей проводились в 60-70-е годы прошлого века, тогда же были сформулированы основные теоретические положения. Однако сложность физических и геометро-кинематических аспектов бесцентрового суперфиниширования не позволяет говорить о достаточной изученности даже в настоящее время [119].
Наибольшую трудность в описании процесса формообразования представляет бесцентровое сперфиниширование деталей со сложным профилем. Изготовление валков для обработки деталей со сложным профилем требует дорогих специализированных многокоординатных станков, в результате чего стоимость валкового устройства достигает до 40 % от стоимости всего суперфинишного станка [119]. Кроме того, в процессе длительной эксплуатации супер-финишиных станков, происходит изнашивание валков, требующее восстановления, что затруднительно в условиях инструментальных цехов машиностроительных предприятий, лишённых специализированного дорогостоящего оборудования. Поэтому, вследствие высокой стоимости, одно и тоже валковое устройство используют для обработки деталей определённого диапазона размеров, что приводит к возникновению погрешностей формы деталей, обусловленных отклонением формообразующей траектории движения. На основе изложенного, перспектива дальнейшего развития суперфиниширования состоит в разработке новых подходов к формообразованию сложных поверхностей деталей на основе оптимизации наладки суперфинишных станков, не требующих дорогостоящих изменений конструкции.
В результате исследований, проводимых автором данной работы совместного с О.В. Захаровым, было установлено, что при определённой наладке отклонения формообразующей траектории движения деталей на валках технологически простой формы в виде однополостного гиперболоида имеют выпуклый вид. Получение формообразующей траектории в виде дуги было исходной посылкой к проектированию валковых систем для обработки бомбинированных деталей в ранее известных работах [53, 119, 217, 275]. Возможность получения бомбинированных поверхностей достаточно широкого диапазона кривизны с использованием постоянного валкового устройства только лишь за счёт введения дополнительной наладки могло бы существенно сократить затраты на изготовление валков, предназначенных для обработки бомбинированных деталей с фиксированным радиусом кривизны наружней поверхности детали. Эта возможность может быть установлена лишь в результате подробного исследования процесса формообразования. Существующие математические модели для расчёта формообразующей траектории и параметров наладки содержат ряд допущений не приемлемых при анализе криволинейной траектории движения деталей, и не могут быть использованы для исследования. Поэтому необходимо создание нового, более строгого математического описания процесса формообразования.
Кроме обеспечения требуемой формообразующей траектории движения, однозначно определяющей продольный профиль детали, важным является обеспечение высокой точности базирования, влияющей на профиль детали в поперечном сечении. Актуальность решения задачи базирования при бесцентровой обработке связана с технологическим наследованием погрешностей формы заготовки. Несмотря на большой объём работ [16, 37, 63, 81, 91, 98, 100, 106-109, 130-132, 158, 178, 188, 220, 221, 228, 229, 239, 244, 262-265, 275, 283, 288, 289, 294, 302], посвященных исследованию бесцентрового базирования, эта задача не получила однозначного решения в случае бесцентрового суперфиниширования, прежде всего из-за отсутствия аналитически строгого критерия при постановке задачи. Другая причина заключалась в отсутствии моделирования вращения заготовки при анализе величины погрешности базирования, профиль которой был представлен не произвольной суперпозицией различных гармоник, а отдельной гармоникой. Кроме того, при наладке не учитывался стохастический характер отклонений формы партии заготовок, что не обеспечивало требуемой точности обработки в условиях массового производства.
Не смотря на достаточно большой объём работ, посвященных совершенствованию бесцентрового суперфиниширования, на сегодняшний день остаётся практически не исследованным влияние силовых и кинематических факторов на точность процесса обработки деталей. Между тем, устойчивое вращение и продольное перемещение заготовок при обработке не осуществимо без обеспечения условия стабильного силового замыкания, нарушение которого приводит к останову заготовок, и как следствие к возникновению погрешностей их формы. Имеющиеся рекомендации [53-55, 58, 64-66, 99, 100, 149, 164, 175, 231, 237, 272] по выбору параметров наладки, ограниченных силовыми факторами носят лишь эмпирический частный характер. Поэтому для определения области ограничений наладки, обусловленных силовыми факторами, необходимо создание модели силового замыкания контакта.
Нередко процесс суперфиниширования характеризуется неравномерным движением заготовок в рабочей зоне станка, что приводит к неравномерному съему припуска и соответственно к ухудшению точности обрабатываемой поверхности. Причина этого лежит в изменении окружной скорости ведущего валка, обусловленной изменением радиуса вдоль его оси. Для определения условий равномерного движения необходимо создание кинематической модели бесцентрового суперфиниширования и проведения на её основе исследований.
Положения, выносимые на защиту: о разработана математическая модель для расчёта формообразующей траектории движения заготовки при бесцентровом суперфинишировании с учетом размеров и положения заготовки в евклидовом пространстве, заданного шестью координатами;
о теоретически и экспериментально обосновано применение валков в виде од-нополостных гиперболоидов для получения бомбинированных поверхностей заготовок при бесцентровом суперфинишировании;
о разработана кинематическая модель бесцентрового суперфиниширования и определены условия, обеспечивающие равномерное движение заготовок; о разработана модель силового взаимодействия заготовки и валков суперфинишного станка, и определены граничные условия силового замыкания контакта;
о разработана математическая модель бесцентрового базирования заготовки и определены углы контакта с валками, обеспечивающие снижение технологически наследуемых погрешностей формы.
Актуальность разработки автоматизированной системы управления процессом добычи нефти УЭЦН
Современное состояние сырьевой базы нефтяной промышленности на территории Западной Сибири характеризуется изменением структуры и качества запасов как на разрабатываемых, так и на вновь открываемых месторождениях. Все большее число месторождений вступает в позднюю и завершающую стадию разработки, характеризующуюся значительным снижением добычи нефти при резком росте обводненности продукции [9].
По мере истощения нефтяной залежи особую актуальность приобретают проблемы повышения эффективности разработки месторождений, увеличения добычи нефти, снижения отбора попутных воды и газа, повышения нефтеотдачи пластов, обоснования и выбора оптимальных управляющих воздействий, оценки технологической эффективности проводимых геолого-технологических мероприятий, продления жизненного цикла разработки месторождений, достижения экономической эффективности и другие [10].
Достижение наиболее эффективного, экономически обоснованного и полного извлечения углеводородного сырья возможно при научно обоснованных технологиях его добычи и адекватных регулирующих воздействиях с рациональным использованием энергии пласта [II].
Для решения этих проблем необходима как полнота и достоверность, так и комплексная обработка всей накопленной геолого-геофизической и промысловой информации о строении и свойствах продуктивных пластов. Значительные объемы такой информации концентрируются у технологов, геологов, геофизиков в процессе разведки, разбуривания месторождения, исследования и эксплуатации скважин. Эта информация, как правило, точно характеризует строение, свойства и процессы в нефтяных пластах. В интеграции этих данных, в их комплексной обработке с помощью адекватных моделей и высокопроизводительных ЭВМ кроются значительные резервы повышения эффективности эксплуатации месторождений [33].
Поэтому в решении названных проблем повышения эффективности нефтедобывающего производства немаловажную роль играет ею информатизация, создание информационных систем для решения задач мониторинга, геолого-промыслового анализа, математического моделирования и прогноза систем разработки месторождений не только на этапе их проектирования, но и на этапе разработки месторождений в условиях нефтедобывающих предприятий [35].
Еще совсем недавно на нефтедобывающих предприятиях и нефтяных компаниях Тюменской области и других регионов России обработка геолого-промысловой информации, автоматизация технологических процессов были основаны на технических и программных средствах, информационных технологиях (ИТ) 70 - 80-х годов. Необходимость замены морально и физически устаревших технических средств, бурное развитие ИТ и необходимость реализации актуальных систем и прикладных задач с помощью современных средств автоматизации на новых вычислительных платформах, а также возросшие информационные потребности пользователей вызвали необходимость коренной модернизации информационных систем [37].
В настоящее время многие отечественные нефтедобывающие предприятия неплохо оснащены современными компьютерами, рабочими станциями и телекоммуникационными системами, но это пока не привело к революционным изменениям в использовании информационных технологий для оптимизации нефтедобычи [18].
Более того, состояние нефтяной промышленности России подошло к такому периоду, когда дальнейшая эксплуатация скважин возможна лишь при модернизации процесса добычи нефти, из-за существенною ухудшения эксплуатационных условий. Одним из перспективных методов при этом становится эксплуатация установками погружных электроцентробежных насосов (УЭЦН). Большой проблемой при работе в осложненных скважинах является изменение ее технико-экономических показателей. Факторов влияющих на работу УЭЦН очень много: начиная от конструкции скважины, до процессов проходящих в самом пласте. Совокупность всех осложнений приводит к резкому снижению эффективности работы УЭЦН. В связи с этим становятся актуальным разработки по повышению показателей работы насоса.
Все факторы, влияющие на работу УЭЦН можно разделить на группы [67-71]. Геологические (газ, вода, отложение солей и парафина, наличие мех примесей в добываемой из пласта жидкости), поскольку своим происхождением они обязаны условиям формирования залежи. И факторы, обусловленные конструкцией скважины или УЭЦН (диаметр эксплуатационных колонн, кривизна скважин, большая глубина подвески, исполнение узлов и деталей УЭЦН) [21]. Внешние факторы: погодные условия, текущее состояние наземною оборудования, время суток, работа соседних скважин. Характеристики скважины (продуктивность, индикаторная кривая, история работы). Характеристики насоса (текущая производительность, напор, подача, КПД, рабочий диапазон). Динамические характеристики (динамический уровень, температура жидкости на забое, забойное давление, вибрация установки, температура ПЭД и т.д.). В зависимости от того, какое воздействие они производят на технико-экономические параметры эксплуатации скважин, каждая группа в свою очередь делится на факторы с положительным и с отрицательным действием [14].
Декомпозиция станции управления
Анализ существующих станций управления, который проводился на базе сервисного предприятия по обслуживанию установок электроцентробежных насосов ЗАО «ЛУКОЙЛ ЭПУ Сервис», показал, что все станции (около 10 типов разных производителей) по своей структуре практически не отличаются и в своём составе имеют стандартный набор устройств [13]: - рубильник - создаёт видимый разрыв вводной цени, является обязательным компонентом любой станции управления; - блок предохранителей - защита электрической цепи от короткого замыкания; - контактор вакуумный дистанционного управления, предназначен для пуска и останова погружного электродвигателя; - блок трансформаторов тока - первичные преобразователи измерительной цепи фазных токов; - блок трансформаторов напряжения - является первичным преобразователем измерительной цепи линейных напряжений; - датчики тока и напряжения, в некоторых станциях встроенные в контроллер; - контроллер - обрабатывает информацию с датчиков, управляет исполнительными механизмами по определенному алгоритму, обеспечивает интерфейс с оператором и т.д.; - детектор турбинного вращения - позволяет определить генераторный режим работы двигателя; - блок измерения сопротивления изоляции системы «ТМПН - кабель -ПЭД».
Рассмотрим пример из практики, в котором оператору ставится задача внести уставки на 4 разных типа (разных производителей) СУ, а затем переписать с каждой станции историю се работы. На рисунке 2.1 представлен состав классической станции управления четырех производителей: «Centrolift» - обозначим как тип А, «Электон» - тип В, «ИРЗ-200» - тип С, «АЛСУ» - тип D. Количество уставок, который оператор должен ввести в контроллер каждой станции, доходит до 200. Например, контроллер «Vortex» в СУ «Centrolift» имеет 125 уставок, а контроллер в СУ «Электон» 156 уставок. Как правило, ввод уставок в контроллер производится в следующем формате: номер уставки - значение. Переход от одного параметра к другому осуществляется нажатием кнопок в сторону увеличения или уменьшение номера уставки. Причем одна и та же уставка в каждом контроллере имеет разный номер. Например, за максимальное значение силы тока фазы А в контроллере «Vortex» отвечает уставка номер 1, а в контроллере СУ «Электон» 32 уставка.
Таким образом, оператор должен знать меню всех типов используемых на промыслах контроллеров, уметь найти нужную уставку и изменить ее значение. Ввод информации в среднем занимает 30 минут. При этом велика вероятность ошибки оператора. Недостатком является то, что при смене установки ту же самую информацию приходится вводить повторно.
Для того чтобы считать со станции управления историю работы установки каждый производитель разрабатывает свой интерфейс, который включает в себя: физический канал передачи, разъемы, адаптеры, протоколы обмена, программное обеспечение. Например, контроллер «Vortex» имеет разъем DB-9F, т.е. стандартный разъем последовательного порта RS-232. Однако, распайка сигнальных проводов не соответствует стандартной. Так, например, у стандарта RS-232 вторая линия соответствует сигналу RxD -приему информации от контроллера, третья линия - сигнал TxD. У контроллера «Vortex» эти сигналы находятся на линиях 8 и 9 соответственно. Поэтому оператор, для того чтобы подключить для считывания информации, например, ноутбук к контроллеру «Vortex», должен иметь соответствующий адаптер.
В станции управления «Электон» используется интерфейс RS-485. По этой причине оператор должен иметь преобразователь интерфейсов RS-232/RS-485. Более того, у оператора на компьютере должно быть установлено программное обеспечение для каждого типа станции управления. И оператор должен знать, как с этим программным обеспечением работать.
Считанная информация сохраняется в компьютере оператора в определенном уникальном для каждого типа СУ виде. Посмотреть эту информацию с целью формирования единого по всем СУ отчета можно только с использованием специальных «программ - просмоторщиков» и вручную создать требуемый отчет. Это довольно трудоемкая операция.
Таким образом, существующий подход производителей к проектированию станций управления имеет множество недостатков, которые усложняют их дальнейшую эксплуатацию на промыслах. Кроме того, нефтяным компаниям необходимо для каждого типа СУ закупать вспомогательное оборудование (системы тестирования и диагностики, программное обеспечение, ремкомплекты и т.д.), которое выполняет одни и те же функции, но производится разными фирмами.
Разделение станции управления на постоянную и переменную части даст следующие преимущества: 1) Единый интерфейс оператора. Другими словами на компьютере оператора будет всего одна программа для считывания истории роботы установок любого типа. Отсюда единство вида хранения информации и автоматическая генерация отчета, эти функции берет на себя база данных и система управления базой данных. 2) В постоянной части можно хранить уставки всех типов используемых на данном месторождении установок электроцентробежных установок. Оператору при запуске необходимо только выбрать нужный тип установки, а уставки запишутся в контроллер автоматически. Более того, появляется возможность редактировать уставки не на контроллере, что занимает много времени, а на компьютере оператора. Исключается ввод некорректного значения уставки (ошибка оператора). 3) Постоянная часть всегда остается на месторождении и может использоваться для других целей: подключение приборов геофизики, уровнемеров, устройств для проведения ремонтных работ и т.д. 4) Появляется возможность третьим фирмам производить свои постоянные части СУ, не задумываясь об аппаратной и программной совместимости частей. 5) В пределах куста (группы скважин) одна постоянная часть может обслуживать несколько переменных частей станции управления. На рисунке 2.2 показана ситуация, которая соответствует удаленному расположению добывающих скважин друг от друга, так называемых одиночных скважин. Поэтому каждой переменной части СУ соответствует одна постоянная часть.
Если добывающие скважины объединены в куст, то экономически целесообразно устанавливать одну постоянную часть на несколько переменных (рис. 2.3). За счет этого оператор может считывать информацию одновременно со всех контроллеров. Более того, на сегодняшний день существует десятки спецификаций промышленных сетей, которые успешно применяются в различных областях промышленности. Так что разрабатывать новые протоколы обмена нет смысла, необходимо просто выбрать подходящий вариант из существующих.
Функциональная схема интеллектуальной АСУ УЭЦН
Согласно предлагаемой концепции интеллектуального подхода к управлению установкой электроцентробежного насоса переменная часть станции управления должна самостоятельно принимать решения по управлению.
Автоматизированная система из всего множества предоставленной информации часть параметров использует для управления, а часть, для реализации выбранного алгоритма работы (принятого решения). Именно по этому к информационному блоку (рис 3.1) подходят двунаправленные стрелки, которые показывают, что для реализации алгоритма система берет необходимую информацию, а после реализации алгоритма, возвращает новые рассчитанные значения параметров.
Если при реализации алгоритма изменяются параметры, которые входят в управляющую группу параметров, то система в связи с этим, может принять другое решение.
К группе управляющих параметров относятся параметры, одновременное изменение которых в процессе управления однозначно определяют ту или иную ситуацию [6,15]. Система принятия решений ищет в базе прецедентов ситуацию наиболее близкую к ситуации, которая возникла на объекте управления.
Значения управляющих параметров являются основой для принятия решения системой. Поэтому их необходимо проверять на противоречивость и допустимость значений. Этой функцией занимается блок препроцессирования и нормализации сигналов. Диапазоны изменения и единицы измерения управляющих параметров разные и отличаются в несколько десятков раз. Поэтому перед подачей их на вход системы принятия решений необходимо провести нормализацию. Операции нормализации и препроцессирования будем проводить, учитывая стандарт ТПП «Когалымнефтегаз» «ПОРЯДОК ЖСПЛУАТАЩ-Ш УЭЦН» (далее «стандарт»). Начнем с дебита установки по жидкости С)ж или производительности установки. Необходимо определить границы производительности gmjn, Qmax с учетом показаний датчика давления на приеме насоса и типа УЭЦН.
Таким образом, диапазон изменения всех управляющих сигналов равен от 0 до 1. Ноль соответствует минимальному значению параметра, а единица -максимальному.
Динамический уровень в скважине Ит имеет в качестве максимальной границы значение на 400 м меньшее чем глубина подвеса установки. Другими словами высота жидкости на приемной сеткой насоса должна составлять 400 м.
Давление масла в двигателе равно давлению жидкости на приеме насоса, т.е. давлению жидкости в скважине в районе подвеса установки. Это давление не может быть меньше 40 кгс/см2. Если давление в двигателе возрастает, при этом динамический уровень остается прежним, то это указывает на неисправность гидрозащиты. Давление в двигателе не должно быть выше расчетного потребного давления на приеме насоса.
Устьевое затрубное давление необходимо контролировать при выводе установки на режим. По его наличию определяется момент включения в работу пласта. После чего система управления изменяет уставки защит ПЭД с режима поднятия тяжелой жидкости на рабочий режим установки. В одной маїистрали с этим датчиком устанавливается сбрасывающий клапан, рассчитанный на определенное давление, при достижении которого, клапан открывается и стравливает давление в выкидную линию.
Диапазоны изменений напряжения и тока двигателя определяются в зависимости от типа ПЭД и от производительности установки после вывода ее на режим, когда дебит установки постоянен. По мощностной характеристики ЭЦН определяют мощность, соответствующую данной производительности. Затем по нагрузочной характеристики ПЭД определяют значения токов и напряжений, соответствующие данной мощности.
Принятое решение подразумевает исполнить ряд действий: подготовить и направить заявки в соответствующие сервисные службы. При этом необходимо учитывать время работы каждой службы. Например, если бригада ПРС будет проводить работы в течение 12 часов, то этому времени служба ЭПУ должна подвести необходимую для монтажа установку. Однако может случиться форс-мажор со стороны любой сервисной службы, что приведет к незапланированному простою скважины. В этом случае график запланированных работ должен быть сдвинут, т.е. технолог должен отменить предыдущие заявки и подать новые повторно.
Естественно при фонде действующих скважин цеха равном 200 штук для технолога управление таким фондом становится достаточно сложной задачей. Именно поэтому, в основном, решения применяются по тем скважинам, которые уже отключились по той или иной причине по следующему алгоритму. После подъема установки на поверхность производят предварительный разбор причины отказа внутрискважииного оборудования на устье.
Если причина отказа установки по результатам предварительною разбора не установлена, то установку отправляют на комиссионный разбор внутрискважинного оборудования.
Автоматизированная система имитациопною моделирования
Имитационная система или система имитационного моделирования может быть разработана в различных формах, но в любом случае она должна быть снабжена неким сервисным обеспечением, удобным для проведения экспериментов [12,36].
В работе имитационное моделирование, как эффективный способ исследования динамических систем, реализуется в форме автоматизированной системы имитационного моделирования (АСИМ), основанной на динамической модели системы принятия решений, ориентированной на универсальный (VBA - Visual Basic for Applications) и специальный (GENESIS32) языки программирования и представляемой в виде пакета прикладных программ [30]. Для реализации программною обеспечения АСИМ была выбрана SCADA система GENESIS32 от фирмы Iconics по следующим причинам [34]: 1) система полностью основана на ОРС-технологии [119]; 2)все компоненты системы поддерживают VBA. Это позволяет легко разрабатывать свои модули [97]; 3) ОРС основана на модели распределенных компонентных объектов Microsoft DCOM; 4) большой набор инструментов роботы с данными: подсистема визуализации; подсистема графического представления; подсистема архивации; подсистема генерации отчетов; подсистема обнаружения аварийных событий и оповещения персонала; подсистема мультимедийного оповещения; Параметры входного вектора, которые изменили свое значение при смене векторов, закрашиваются в темный цвет (рис 4.4). В нашем случае увеличился ток, понизилось напряжение и уменьшилось сопротивление изоляции. Система отреагировала на изменение ситуации, прияв решение номер 6.
Таким образом, процесс моделирования будет проходить до тех пор, пока вектор с наибольшим временем его активации не поступит на вход системы. Другими словами время моделирования определяется оператором в момент формирования таблицы входных векторов. Масштаб времени, или шаг моделирования, выбирается оператором.
Составляя таблицу входных векторов можно имитировать любую ситуацию, в которой находится УЭЦН. Например, завысить ток или напряжение двигателя. Уменьшить дебит по жидкости, увеличить температуру двигателя и т.д. Другими словами, АСИМ предоставляет оператору множество средств изменять параметры процесса при моделировании и оценивать реакцию системы.
Одним из таких средств, позволяющих изменять значения параметров входного вектора, является форма состояния установки (рис 4.5). Оператор может изменить, например, параметры двигателя, причем как текущие параметры (светлый фон), так и соответствующие этим параметрам уставки (серый фон - нижний предел, темный фон - верхний предел). На изменение любого из этих параметров мгновенно отреагирует система.
Рассмотрим механизм изменения входного вектора оператором (рис. 4.1). Оператор, используя связь 8, модифицирует текущее состояние установки, путем ввода в форму соответствующих изменений. АСИМ, используя связь 7, модифицирует параметры текущей ситуации, т.е. изменяет соответствующие ячейки текущего входного вектора (текущей строки таблицы входных векторов). База данных передает модифицированный вектор на вход системы принятия решений [20,77,78].
Принятое системой решение (связь 9) запускает на реализацию соответствующий алгоритм (связь 11), который в свою очередь изменяет значения (связь 6) таблицы информации. Например, система приняла решение поменять тип установки. После чего запускается алгоритм подбора УЭЦН к скважине. После определения типа в таблицу информации записываются новые характеристики устанвоки со своими предельно допустимыми значениями.
Другим примером может служить решение системы изменить обороты двигателя. После отработки соответствующего алгоритма необходимо изменить информацию о предельно-допустимых значениях: дебита устанвоки, температуры двигателя, напряжений и токов. Что в свою очередь из-за использования этих значений в процессе нормирования входных сигналов, повлияет и на таблицу входных векторов.
Рисунок 4.6 - Результаты моделирования Из диаграммы видно, что моделирование проводилось в течение 210 суток. Установка с номинальной производительностью 60 м /сут. проработала 17 суток, после чего было принято решение произвести демонтаж, по причине: сопротивление изоляции равно нулю. В течение 5 дней скважина простаивала, т.к. производились ремонтные работы.
Тип установки не поменялся и на 22 сутки ее запустили. Второе отключение произошло на 64 сутки работы, по решению смены типа установки на номинальную производительность 40 м3/сут.
За весь цикл моделирования равный 210 суток скважина была в работе 188 суток и 22 суток простаивала. Таблица векторов в этом примере была составлена по истории работы реальной скважины №8013 в период с 13.02.06 по 13.08.06, расположенной на кусте № 74 Тевлино-Русскинского месторождения.
Разработанная ЛСИМ, благодаря использованию в качестве базовой технологии информационного обмена, ОРС - технологию способна из системы имитации, превратится в реально работающую систему управления УЭЦН. Эго осуществляется простым переключением источников сигналов (тегов сервера) о текущем состоянии установки с базы данных (имитационные сигналы) на реальное физическое устройство - переменную часть станции управления. АСИМ, таким образом, становится программным обеспечением постоянной части станции управления.
Таким образом, автоматизированная система имитационного моделирования позволяет: воспроизводить процессы управления реальных скважин, используя истории их работ; благодаря ОРС - технологии выступать в качестве постоянной части станции управления и управлять реальным технологическим процессом; имитировать любые ситуации, путем составления таблицы входных векторов.
В качестве базовой модели переменной части станции управления была выбрана станция управления американской фирмы «Centrlift». Составляющие ее компоненты: контактор, преобразователи напряжения и токов, предохранители и т.д., отличаются, как показала практика, высокой надежностью и качеством исполнения. Однако контроллер «Vortex», используемый на станции управления не подходит для реализации нашей системы, так как не отвечает требованиям интеллектуальною подхода к управлению, а именно, на нем нельзя реализовать промышленную сеть PLCNet (см. главу 2).
