Содержание к диссертации
Введение к работе
Задачи нефтяной промышленности по дальнейшему внедрению комплексной автоматизации рассматривались как неотъемлемая часть научно-технического прогресса, направленного на интенсификацию и повышение эффективности производства в отрасли.
Добыча нефти в б. СССР осуществлялась Министерствами нефтяной и газовой промышленности, причем, основное количество нефтегазодобывающих объединений и, следовательно, предприятий приходилось на Миннефтепром, объекты которого были рассредоточены почти во всех республиках.
В системе Миннефтепрома и Мингазпрома организация управления нефтедобывающей отраслью строилась путем создания производственных нефтедобывающих объединений. Подобная организационная форма управления была вызвана специфичными условиями разработки и эксплуатации нефтяных месторождений, основными из которых являлись, с одной стороны, территориальная разобщенность нефтяных районов страны, а с другой — необходимость организации в каждом нефтяном районе комплекса различных по видам работ предприятий. Эти условия требовали создания в каждом нефтяном районе специального аппарата управления, координирующего деятельность всех предприятий для достижения единой цели — выполнения установленных плановых заданий.
В состав характерного нефтегазодобывающего объединения входили:
• нефтегазодобывающее управление (НГДУ);
• управление буровых работ (УБР);
• специализированные предприятия, выполняющие отдельные виды работ (капитальный ремонт скважин; подготовку и транспорт технологической жидкости для закачки в пласт; сбор и транспорт таза и др.);
• подсобно-вспомогательные предприятия;
• прочие предприятия.
Управление таким комплексом разнородных предприятий требовало решения множества сложных задач, основными из которых являлись перспективное и текущее планирование основных показателей, а также оперативный контроль и управление. /
Современное нефтегазодобывающее предприятие (НГДУ) является крупной организацией с многочисленным производственным персоналом, занятым эксплуатацией и ремонтом нефтяных и нагнетательных скважин, технологических установок систем сбора, транспорта и комплексной подготовки нефти, объектов поддержания пластового давления, сбора и компримирования газа, энергоснабжения.
В НГДУ добычу нефти, закачку рабочего агента в пласт для поддержания пластового давления и комплексную подготовку газа, нефти и воды осуществляют специализированные цехи по добыче нефти и газа (ЦДНГ), цехи поддержания пластового давления (ЦППД) и цех комплексной подготовки и перекачки нефти (ЦКПН), основными функциями которых является проведение заданного технологического процесса. Ремонтное обслуживание и энергетическое обеспечение основного производства в НГДУ осуществляется специализированными цехами, входящими в базу производственного обслуживания.
Основные объекты добычи и сбора нефти — скважины различных способов эксплуатации, групповые замерные установки, а также пункты и установки сбора и первичной подготовки нефти. Они и являются основными объектами автоматизации, объемы которой в значительной степени характеризуют технический уровень отрасли.
Анализ техники и технологии добычи нефти, организации труда И;управления на нефтегазодобывающих предприятиях позволил сделать следующие выводы:
1. Внедрение автоматизации и телемеханизации на нефтегазодобывающих предприятиях диктуется непрерывностью технологического процесса добычи нефти, высокой степенью его механизации, отсутствием необходимости в постоянном дежурстве обслуживающего персонала и, вместе с тем, необходимостью периодического контроля за состоянием скважин и установок на нефтепромысле, рассредоточенностью большого количества объектов на значительной площади.
2. Территориальная разбросанность скважин и других нефтепромысловых объектов, тяжелые условия работы аппаратуры, устанавливаемой на скважине (на открытом воздухе), требования пожаре - и взрывобезопасности аппаратуры, присутствие в продукции скважин газа, воды, песка, коррозирующих веществ и парафина, неравномерность подачи нефти скважиной не позволяют повсеместно использовать на технологических объектах добычи нефти общепромышленные приборы, средства автоматизации и системы телемеханики.
3. Повышение эффективности производства таким сложным организационно-технологическим комплексом, как НГДУ, возможно
путем создания автоматизированных систем управления (АСУ) для планирования, управления и учета современных экономико-математических методов и технических средств сбора, передачи и обработки информации.
Разработка и внедрение автоматизации осуществлялись проведением комплекса работ, включающих исследование объектов, выработку идеологии и объемов автоматизированного управления, проведение необходимых теоретических исследований, разработку и промышленное освоение специализированных технических средств, работ по алгоритмизации и программированию, а также проектно-изыскательных работ и оказание технической помощи ; при внедрении. Разработке АСУ конкретных уровней предшествовало создание генеральных схем, основных положений, перспектив и других документов, в которых учитывались взаимодействие между уровнями, взаимосвязь моделей и критериев и единство технического обеспечения.
Одним из основных направлений работ в нефтедобыче являлось создание АСУ технологическими процессами (ТП) добычи нефти при различных способах эксплуатации скважин. К ним относятся газлифтная эксплуатация, эксплуатация штанговыми, гидропоршневыми и электроцентробежными погружными насосами, шахтный способ добычи нефти. Наряду с разработкой АСУ ТП создавались комплексы необходимых технических средств автоматизации и-управления для технического обеспечения соответствующих АСУ ТП.
В 1970-1980 гг. институтами Минприбора и Миннефтепрома была разработана значительная номенклатура автоматизированного блочно-комплексного нефтепромыслового оборудования и ус
тановок. К ним относятся групповые замерные установки, установки подготовки нефти, воды и газа, кустовые насосные станции, установки сдачи товарной продукции. Широкое распространение в нефтяной промышленности получили специализированные и общепромышленные датчики и преобразователи различных типов, телемеханические комплексы разных поколений, таких как ЧТП, АГМ, ТМ-бООМ, ТМ-620, ТМ-620-01, УВК «Газлифт», «Хазар», блочно-автоматизированные групповые замерные установки «Спутник».
В 1976-1980 гг. НИПИнефтехимавтомат разработал и внедрил первую в нефтяной промышленности АСУ ТП газлифтной добычи нефти. В АСУ ТП газлифтной добычи нефти решались следующие задачи:
• идентификация технологических характеристик скважин и оптимальное распределение рабочего агента по газлифтным скважинам;
• оперативное регулирование процесса нагнетания рабочего агента по скважинам;
• централизованный контроль технологических параметров технологического комплекса газлифтной добычи нефти;
• формирование оперативных документов по управляемому технологическому комплексу.
В АСУ ТП реализовались следующие функции: автоматическое измерение, сравнение, фильтрация, усреднение, регистрация, расчет действительных значений режимно-технологических параметров, обнаружение, оперативное отображение и регистрация аппаратурных неисправностей в системе и аварийного состояния объектов технологического комплекса газлифтной добычи нефти/
Реализация указанных функций осуществлялась комплексом •технических средств, в состав которого входили микроЭВМ «Электроника-60», датчики, сигнализаторы, запорные и распределительные вентили. Для АСУ ТП газлифтной добычи были созданы недостающие технические средства: телемеханическое устройство, преобразователь перепада давления и регулирующий вентиль.
Особый интерес представляли работы по созданию и развитию АСУ нефтегазодобывающих управлений. Для НГДУ, которые являются основными производственными звеньями нефтегазодобывающих объединений, характерно множество технологических процессов добычи, сбора и подготовки нефти, а также наличие системы и подразделений обеспечения и обслуживания основного производства. Тесная взаимосвязь технологических и производственных процессов в рамках нефтегазодобывающего предприятия определяет характерные особенности АСУ, которые создаются как организационно-технологические системы (АСУ ОТ), сочетающие управление технологическими процессами и производствами на единой структурной, математической информационной и технической основе.
АСУ ОТ НГДУ представляет собой взаимосвязанный комплекс подсистем, реализующих основные функции планирования, .учета и управления технологическим процессами добычи, внутри промыслового сбора нефти и газа, подготовки нефти, поддержания пластового давления, а также производствами и подразделениями ремонтного обеспечения.
Системы управления нефтегазодобывающими предприятиями образуют иерархическую структуру, низовые уровни которой включают системы управления технологическими процессами, а
верхний — системы управления производственно-хозяйственной деятельностью основного и вспомогательного производства.
Декомпозиция задач системы по уровням управления предполагает формализацию критериев управления каждого уровня при соблюдении условия соответствия этих критериев общей цели управления предприятием.
. Характерными особенностями действующих автоматизированных систем управления нефтегазодобывающими предприятиями является то, что обработка информации для всех НГДУ осуществляется централизованно, в кустовом информационно-вычислительном центре (КИВЦ) объединения и реализация функций управления на всех уровнях НГДУ обеспечивается на основе информации, переработанной в КИВЦ.
Телемеханические комплексы, являющиеся технической базой АСУ, нашли широкое применение в основных нефтедобывающих районах страны — Западной Сибири, Татарии, Башкирии, Азербайджане, Мангышлаке и др. На базе этих устройств было создано свыше 250 автоматизированных цехов добычи нефти.
В 1981г. в нефтедобывающих объединениях Миннефтепрома функционировало 50 АСУ, из которых 5 организационно-экономических систем объединения, 45 АСУ ОТ нефтегазодобывающих управлений и управлений буровых работ. Была создана сеть вычислительных устройств коллективного пользования: 18 КИВЦ в объединениях и главный информационно-вычислительный центр в Москве.
Разработка и внедрение методов и технических средств управления создали предпосылки для совершенствования органи зационной структуры и форм организации труда на нефтегазодобы-. вающих предприятиях.
На автоматизированных нефтепромыслах проводились централизованный контроль и управление технологическим процессом добычи нефти из единого диспетчерского пункта, что позволяло непрерывно и качественно определять отклонения и нарушения в работе1 фонда нефтяных скважин, своевременно восстанавливать заданные режимы их работы, и все это, в конечном итоге, обеспечивало снижение потерь в добыче нефти. Одновременно устройства автоматики и телемеханики осуществляли формирование, сбор и обработку первичной технологической информации, используемой для учета, оперативного управления и технико-экономического планирования в АСУ нефтегазодобывающего производства.
По данным Миннефтепрома функционирование автоматизации и АСУ позволяло ежегодно снижать потери в добыче нефти не менее чем на 10,0 млн.т.
Не менее важным результатом внедрения автоматизации на нефтедобывающих предприятиях являлось коренное изменение характера труда нефтяников, сокращение непроизводительных трудовых затрат, снижение физического труда в процессах добычи нефти. Вместе с автоматизацией на нефтяные промыслы пришла высокая культура производства, которая оказала влияние как на технологию добычи нефти, так и на организацию труда и управле-. ние. Изменилось содержание труда инженерно-технического персонала и операторов по добыче нефти в направлении повышения качества технологии добычи нефти, исчезли профессии «замерщик дебитов скважин» и «оператор по исследованию динамограмм», функции которых целиком взяли на себя средства автоматизации.
Средства автоматизации стали неотъемлемой частью, органической •составляющей труда нефтяников — рабочих и инженеров.
Работы по внедрению средств и систем автоматизации велись в следующих основных направлениях:
• оказание технической помощи заводам-изготовителям при освоении и выпуске новой техники;
• оказание технической помощи промышленным предприятиям, осуществляющим внедрение систем и средств автоматизации;
• исследование и улучшение эксплуатационных характеристик и повышение надежности внедряемых устройств и систем;
• обобщение опыта внедрения и участие в обучении персонала промышленных предприятий и отраслевых монтажно-наладочных организаций.
Появление новых технических средств — микропроцессоров и, устройств, построенных на их основе микроЭВМ, микроконтроллеров позволило по-новому организовать структуру АСУ ОТ в нефтедобыче, т.е. перейти к децентрализованной структуре. Они позволили удовлетворить запросы нефтяников и устранить недостатки существующей системы управления.
Широкое использование в составе комплекса технических средств (КТС) АСУ ОТ нефтегазодобычи сравнительно дешевой и надежной микропроцессорной техники дало возможность создать программируемые устройства управления и в то же время обеспечить высокую живучесть, характерную для децентрализованных систем.
Начинают проводиться интенсивные работы по разработке и освоению микропроцессорных средств для АСУ ТП, в первую оче
редь, управляющих вычислительных телекомплексов (УВТК) на базе микроЭВМ для отрасли нефтегазодобычи.
Однако следует отметить, что по ряду причин не были достигнуты требуемые темпы создания и внедрения этой качественно новой техники. Не был решен вопрос разработки надежных одноплатных микроЭВМ с полупостоянной памятью, широким температурным диапазоном работы, автономным источником питания для автоматизации необслуживаемых объектов, которые составляли основную часть нефтепромыслов. Значительную трудность представляло оснащение микропроцессорных устройств соответствующей периферийной техникой, имеющей трудности в приобретении модемов.
Уже в 80-х годах XX века в стране выпускалось значительное количество (около 9000) приборов, средств автоматизации и вычислительной техники, но потребности нефтяной промышленности по номенклатуре приборов удовлетворялись не полностью.
Опыт создания автоматизированных систем управления. в нефтедобыче и перспективы развития нефтяной промышленности показывали, что развитие АСУ базировалось на широком применении автоматических систем управления технологическими процессами, 4для обеспечения которых требовались глубинные измерительные приборы, поверхностные измерители технологических параметров нефтяных скважин с различным способом эксплуатации и, в первую очередь, поточные расходомеры и анализаторы качества нефти и воды. Дефицит этих устройств мог повлиять на темпы и качество создания АСУ технологическими процессами.
Освоение и производство приборов, средств автоматизации и телемеханизации позволила в 80-х годах прошлого века осущест
вить широкую программу по созданию систем автоматизации и. •управления в нефтедобывающей промышленности, а также приступить к техническому перевооружению и замене вышедших из строя и морально устаревших средств и систем автоматизации и телемеханизации.
В этот период было создано:
• 70 АСУ ТП газлифтной добычи нефти в цехах добычи нефти и газа с охватом около 9 тыс. газлифтных скважин и 1200 блочно-комплектных групповых замерных и газораспределяющих установок;
• около 170 и технически перевооружено до 120 комплексно-автоматизированных цехов по добыче нефти и газа, охватывающих более 60 тыс. нефтяных скважин и около б тыс. групповых замерных установок, а также около 50 комплексно-автоматизированных цехов поддержания пластового давления с охватом до 15 тыс. нагнетательных скважин. Внедрение управляющих вычислительных телекомплексов и терминалов кустов скважин, построенных на базе микропроцессорной техники и микроЭВМ, а также оснащение технологических установок нефтегазодобычи настающими приборами измерения и контроля основных технологических параметров позволили расширить функции и повысить качество управления, уменьшить потери нефти и снизить удельные затраты труда в процессах нефтегазодобычи;
• свыше 1 тыс. бригад по добыче нефти, оснащенных устройствами автоматического контроля работы глубинных штанговых насосов (автодинамометрирование) с охватом около 50 тыс. глубинно
насосных скважин, что позволило уменьшить потери в добыче нефти;
• свыше 1 тыс. узлов оперативного учета нефти, оборудованных приборами автоматического измерения количества и обводненности нефти;
• 120 приборных комплекса для информационно-измерительных систем определения количества товарной нефти с комплектной поставкой аппаратных блоков приборов качества нефти, охватывающих свыше 30% действующих узлов коммерческого учета нефти. Приборные комплексы позволили увеличить точность определения массы товарной нефти и автоматизировать процесс ее паспортизации (определение количества воды, солей и т.д.);
• 20 АСУ нефтегазодобывающих предприятий с децентрализованной системой обработки информации, повышающие качество управления и сокращающие потери добычи нефти, энергетические и материальные затраты.
Кроме того, были внедрены отдельные недостающие приборы и средства автоматизации в технологические процессы подготовки нефти и газа.
Актуальность работы. Развитие нефтехимии начатое еще в позапрошлом веке определяется потребностью жизни, необходимостью промышленности и сельского хозяйства.
Нефтехимия является одним из направлений нефтегазового, комплекса и базируется на газовом, нефтяном углеводородном сырье и полупродуктах.
Зарождение нефтегазового дела относится к 3-4-тысячелетию до н.э.
Еще в начале. XVIII века, когда уже научились разделять нефть на керосин и мазут, а позже уже в XIX и XX веках оказалось, что нефть разделяется на многие фракции, и бензин, первая фракция ранее выбрасывалась как ненужное. И только с появлением автомобильной и авиационной промышленности бензин стал востребованным.
В литературе имеется множество работ, посвященных зарождению, становлению и развитию нефтегазового дела. Также нами ранее исследовались этапы становления отдельных направлений нефтегазового комплекса: нефтепереработки, нефтехимии, транспорта и хранения, экономики и систем управления нефтепереработкой и нефтехимией.
Для определения направления развития нефтяного дела необходимо проанализировать весь путь, пройденный этой промышленностью за исторический период до настоящего времени.
Автоматизация производственных процессов нефтегазового комплекса является одним из ведущих направлений технического прогресса, одним из наиболее эффективных путей повышения производительности труда. Широкое внедрение автоматизации производственных процессов изменяет характер труда.
решающими условиями развития страны в целом являются высокие темпы развития народного хозяйства на основе непрерывного технического прогресса, совершенствования организации труда и производства, широкого внедрения комплексной автоматизации и механизации производственных процессов как главных источников повышения производительности труда и непрерывного повышения уровня жизни народа.
Работа автоматизированных агрегатов, машин, цехов и производств требует специальных повышенных знаний от обслуживающего персонала. Однако представляется, что небезынтересно знать и историю данного вопроса.
За годы развития, в частности и нефтепереработки, и нефтехимии, наблюдается усложнение процессов, что требует более четкого управления ими. За весь этот период, особенно начиная с 30-40 годов XX века, появились приборы регистрации и контроля параметров (контрольно-измерительные приборы — КИП). Зарождение, становление и развитие приборов измерения и контроля, процесс авторегулироваиия до АСУ, и управление на макро- и микроуровне является неприемлемой частью процессов нефтегазового производства нефтепереработки и нефтехимии. Исследование за-рождения и развития приборов регистрации контроля и управления параметрами технологических процессов нефтегазового производства является важной и актуальной задачей, так как позволяет видеть перспективу процесса.
Уже в XX веке нефтяное дело (а это поиск, добыча, бурение, хранение и транспорт, переработка и нефтехимия, экономика и управление) получило развитие и получат свое продолжение в XXI веке. Уже в середине XX века с целью экономии ресурсов и более точной регистрации технологических параметров, что приводило к повышению качества, появилась необходимость регулирования параметрами процессов добычи, хранения, переработки нефти и газа, и нефтехимии. Использование контрольно-измерительных приборов в этих процессах способствовало повышению выхода на 1,5-2% и экономило энергозатраты и ресурсосбережение почти на 5-8%. В результате авторегулирования процессами нефтегазового дела
имело место повышение уровня управления, которое подвергалось нескольким этапам реконструкции и изменений.
Дальнейшее совершенствование приборов регистрации, контроля и управления параметрами привело к автоматизации и телемеханизации нефтепереработки и нефтехимии. Последнее привело к компьютеризации и управлению процессами, то есть к автоматизированным системам управления (АСУ).
И, естественно, что прогресс в приборостроении и аппарато-строении в АСУ является интересной задачей, которая подвергается глубокому анализу, что необходимо для определения перспектив развития.
И поэтому выбранное направление изучения этапов развития систем управления процессами нефтегазового производства, нефтепереработки и нефтехимии является задачей важной и актуальной.
Целью настоящей работы является изучение начальных этапов создания приборов регистрации контроля нефтяного производства и нефтехимических процессов на предприятиях Апшерона, Урала (Башкирия, Татария) как первых объектов на территории Российской империи и Советского Союза.
Исследование производства первых приборов и систем контроля,, технологических параметров нефтегазового дела. Анализ создания систем автоматизации и телемеханизации первых объектов нефтяного производства и нефтехимии на предприятиях Апшерона (Апшеронский полуостров город Баку), Урала (предприятия Башкирии).
Аналитическое исследование использования контрольно-измерительных приборов и создание систем авторегулирования на объектах Апшеронских нефтяных предприятий и предприятиях
г.г.Уфа, Стерлитамак, Салават (нефтедобыча, транспорт и хранение, нефтепереработка и нефтехимия).
Изучение этапов становления приборов и аппаратов для автоматизации и телемеханизации нефтепереработки и нефтехимии; исследование этапов зарождения и становления систем управления процессами перегонки нефти и нефтехимическими процессами; а также выявление планомерного перехода автоматизации химико-технологических процессов к системам компьютерного контроля и управления, что отвечает современным системам АСУ.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые .исследованы истоки зарождения создания первых приборов и систем регистрации и контроля технологическими параметрами нефтегазового производства, нефтепереработки и нефтехимии. Представлены впервые созданные приборы, регистрирующие технологические параметры (давления, уровень температуры, объема, скорости подачи и др.).
Показано, что в 50-60 годы появилась возможность использования приборов контроля технологических параметров в единых системах телемеханики, позволившие впервые осуществить авторегулирование процессами.
Аналитическое исследование контрольно-измерительных приборов (КИП), осуществляющих управление технологическими параметрами, показало, что автоматическая система управлений технологическими процессами (АСУ ТП) позволяет поддерживать высокий выход и качество получаемых продуктов.
Впервые показано использование систем регистрации и контроля для нефтегазового производства на суше и на море, на нефте
базах при хранении нефти и нефтепродуктов, на нефтеперерабатывающих и нефтехимических производствах.
Впервые представлены этапы становления вычислительной, техники от счетных машин, аналоговой вычислительной, компьютерной техники до автоматизированных систем управления.
Изучено историческое наследие ученых-авторов создания вычислительной техники в XVIII, XIX и XX веках.
Показано, что управление процессами нефтехимии позволяет проводить процессы более четко, что приводит к повышению количества и качества химических и нефтехимических продуктов.
Практическая значимость работы заключается в том. что собран материал по аппаратурному оформлению регистрации и контроля параметров производства нефтегазового комплекса (нефтегазовое производство, нефтегазопереработка и нефтехимия).
Результаты работы обобщены в тематических монографиях «О применении контрольно-измерительных приборов на промыслах Апшерона», используемая в учебном процессе в горных вузах и «Развитие систем автоматизации и телемеханизации в нефтегазовой промышленности».
Автор впервые в работе собрал, обобщил основные приборы автоматики и телемеханики, используемой в нефтегазовом ком-плексе.
Впервые представлены практически все аналоговые и информационно-вычислительные системы, производимые в СССР и России.
Апробация и содержание работы. Основные результаты работы представлены в 35 публикациях, из которых 2 монографии. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выво дов и списка литературы, изложена на 337 страницах машинописного текста, включая 87 рисунков, 28 таблиц и цитированной литературы.
