Введение к работе
Актуальность проблемы. Дальнейшая интенсификация процесса добычи нефти связана с решением рада крупных проблем, требующих новых научно-обоснованных технических, экономических и технологических решений. Важнейшей из этих проблем является создание комплекса информационно-измерительных систем (ИИС) и средств вычислительной техники для информационного обеспечения процесса разработки и эксплуатации нефтяных месторождений, позволяющих вести их анализ и управление в реальном масштабе времени. Задачами этих систем, реализация которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса, являются:
управление процессом добычи нефти с целью получения максимальной нефтеотдачи пластов при минимальных материальных затратах и оптимальных сроках разработки;
внедрение новых технологических решений по сбору и транспортировке продукции со скважин, которые обеспечивают значительную экономию нефтепромысловых труб и запорной арматуры;
оптимизация работы насосного оборудования скважин и систем, связанных с поддержанием пластового давления;
улучшение экологической обстановки на нефтяных промыслах.
Существующими методами и техническими средствами измерения эти задачи в полной мере решить трудно, так как для получения необходимой информации о состоянии работы нефтяного пласта требуется длительная остановка скважин, а это приводит к потерям в добыче и большим искажениям первичной информации за счет взаимного влияния объектов контроля. Учет добытой жидкости и количества закаченной в пласты воды осуществляется несовершенными методами и устройствами, что ведет к значительным погрешностям в оценке работы нефтяных пластов. Существующие системы сбора продукции со скважин через групповые замерные установки усложняют систему трубопроводов, что приводит к большим эксплуатационным затратам при их ремонте и замене, а также загрязнению окружающей среды при их порывах и повреждениях. Учитывая то, что объем добываемой жидкости из скважин с помощью насосного оборудования очень велик, проблема увеличения межремонтного периода работы скважин является важной. Существующие технические средства не позволяют в полной мере использовать насосное оборудование из-за невозможности гарантировать его содтветст-
виє параметрам скважин, что ведет к преждевременному выходу его из строя, и большим экономическим затратам.
В этой связи представляется актуальной и своевременной разработка новых методов и средств для получения необходимой информации о состоянии нефтяного пласта и технологическоро оборудования с целью управления разработкой нефтяного местороадения с включением в контур управления ЭВМ.
В данной работе исследуется один из возможных вариантов решения указанной проблемы путем реализации новых методов и измерительных средств.
Основными объектами измерения в работе являются нефтяные пласты и скважины, оборудованные глубинными насосами.
В области теории и практики, общих положений информационно-измерительных систем автор опирался на имеющиеся в этом направлении работы. Поставленная проблема решалась на основании следующих документов.
-
Задание Миннефтепрома, Минхиммаша и Минприбора от 9 июня 1976 г. № 304/128/179, по разработке и освоению промышленного производства автоматизированных технологических установок, средств и систем автоматики и телемеханики для автоматизированных систем управления технологическими процессами добычи, сбора и подготовки нефти, газа и воды в 1976-1980 гг.
-
Задание по производству и поставке предприятиями Миннефтепрома осноеных средств автоматизации на 1980-1985 гг. от 23 мая 1980 г. & 273.
-
Комплексная программа работ по развитию автоматизации нефтяного производства на период 1988-1995 гг. Миннефтепром, Минприбор. Октябрь 1987 г.
-
Об усилении развития автоматизации производства в нефтяной промышленности 1986-1990 годы. Миннефтепром, Минприбор, Минхиммаш. 24 декабря 1985 г. № 538/773.
-
Комплексные планы работ ПО "Куйбышевнефть", НПО "Неф-теавтоматика", НПО "Сибнефтеавтоматика".
Целью работы является разработка и исследование методов и технических средств измерения пластового давления, давления на приеме насоса, дебита скважины, оборудованной штанговым глубинным насосом, дебита скважины, оборудованной погружным центробежным электронасосом, давления на выкиде насоса, уровня жидкости в затрубном пространстве, температуры погружного электро-
двигателя, давления на забое скважины, расхода жидкости, параметров насосного оборудования, параметров скважины и пласта, разработка математической модели пласта и уравнений измерения технологических параметров.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
проведен анализ современного состояния разработки нефтяных месторовдений и даны пути решения проблем, связанных с дальнейшей интенсификацией процесса добычи нефти;
разработаны комплексные подхода к анализу стоящих проблем по решению ряда принципиальных научных и технических задач, основанные на широком использовании косвенных методов измерения технологических параметров с помощью информационно-измерительных систем и средств вычислительной техники;
разработаны измерительные алгоритмы для получения информации о дебите скважин, оборудованных как штанговыми, так и погружными центробежными электронасосами;
дана новая интерпретация математической модели пласта и алгоритмы для количественного определения его параметров;
изучены потоки информации со скважин и дана их классификация;
проведены эксперименты, подтверждающие теоретические положения, связанные с экспериментально-расчетными методами определения технологических параметров скважин и пластов;
разработаны структуры и алгоритмы для функционирования информационно-измерительных систем по измерению дебита, давления, температуры, уровня и других технологических параметров;
исследована информационная сеть для передачи измерительных сигналов со скважин с использованием комбинированных линий, состоящих из силовых электрических распределительных сетей -радиоканала - лазерных линий и проводных специальных линий;
реализованы и внедрены информационно-измерительные системы для измерения забойного давления, дебита, давления и температуры и .других параметров скважин и пласта, исследованы погрешности;
реализованы алгоритмы расчета на ЭВМ параметров пласта и скважины;
рассмотрены другие приложения полученных результатов.
Методы исследования осноеэны на использовании теории диф-
ференциальных уравнений, методов оптимизации, теории электрических цепей, теории измерений, теории оценок. Значительное внимание уделено вопросам экспериментальной проверки полученных результатов в лабораторных и промысловых испытаниях.
Научная новизна результатов заключается в следующем:
предложен комплексный подход к решению проблем интенсификации процессов добычи нефти, основанный на включении в контур управления нефтяным пластом информационно-измерительных систем и ЭВМ, работающих в реальном масштабе времени;
предложена новая интерпретация математической .модели нефтяного пласта, реально отражающая физические процессы, происходящие е нем;
разработаны экспериментально-расчетные методы определения дебитов скважин с насосным оборудованием;
разработан метод.автоматического регулирования режима работы скважина - установка погружного центробежного электронасоса путем изменения частоты питающей сети;
разработаны экспериментально-расчетные методы для определения давления на приеме насоса в глубиннонасосных скважинах;
исследованы силовые электрические распределительные сети как линии связи информационно-измерительных'систем;
разработаны экспериментально-расчетные метода для измерения технологических параметров скважин и пластов;
разработаны машинные методы анализа состояния насосного оборудования;
разработаны экспериментально-расчетные методы определения производительности поверхностных центробежных насосов;
разработаны оригинальные информационно-измерительные системы для измерения дебитов, давлений, температуры и других параметров.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
разработан комплекс информационно-измерительных систем для управления нефтяным пластом в реальном масштабе времени, поз-волящий интенсифицировать процесс разработки нефтяных месторождений;
разработаны информационно-измерительные системы для контроля за работой технологического оборудования скважин;
разработан комплекс экспериментально-расчетных методов для определения параметров технологического оборудования сква-
жин, позволяющий оперативно еєсти контроль за режимом его работы;
разработана новая схема сбора продукции со скважин без групповых замерных установок, позволяющая сократить материальные и эксплуатационные расходы на обустройство нефтяных месторождений;
предложены новые линии связи для информационных систем,позволяющие повысить их надежность и снизить эксплуатационные расходы.
Результаты работы могут найти применение в теплоснабжении и водоснабжении городов и поселков, при-строительстве нефтепромысловых сооружений, контроле состояния нефте и водопроводов, контроле за работой водяных насосных скважин, контроле за различными технологическими процессами, в которых задействованы поршневые и центробежные электронасосы, в системах измерения расхода тепла и жидкости, в системах связи и других областях народного хозяйства при его информатизации.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использованы:
при разработке, внедрении и эксплуатации станций управления станками-качалками с информационно-измерительными системами контроля за работой скважин и пласта;
при разработке глубинных стационарных манометров-термометров для установок с центробежными погружными электронасосами;
при разработке, внедрении и эксплуатации индикаторов дебита скважин ИД ШГН;
при разработке тепловых меточных расходомеров для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов одной скважиной;
при разработке системы телемеханики с использованием в качестве линий связи силовых электрических распределительных сетей;
при расчетах на ЭВМ параметров пластов и скважин.
На Серафимовском заводе "Нефтеавтоматика" изготовлена партия станций управления станком-качалкой в количестве 5390 штук с экономическим эффектом I млн 200 рублей в год. В НПО "Сйбнеф-теавтоматика" выпущена партия индикаторов дебита скважин типа ВД ШІН в количестве 300 штук с предварительным экономическим эффектом 4 млн.рублей в год. В ПО "Куйбыпювнефть" изготовлены и внедрены: 50 индикаторов дебита скважин для станков-качалок; 10 комплектов систем для контроля процесса бурения скважин, в
которых использованы электрические моментомеры; 10 систем тепловой защиты погружных электродвигателей; система аварийной сигнализации с пяти скважшна диспетчерский пункт с использованием радиоканала. В КИВД "Куйбышевнефть" внедрены программы расчета на ЭВМ параметров пласта и скважин. На Бакинском приборостроительном заводе освоен серийный выпуск термоманометрической системы ТМС-3 для скважин с УЭЦН,.в которой используется базовый вариант глубинного манометра-термометра рассмотренного в работе. В институте "Гипровостокнефть" разработан проект обустройства нефтяного месторождения с использованием индикатора дебита Щ ШГН. Фактический экономический эффект от внедрения результатов работ составил свыше I млн.руб.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались:
на Всесоюзных научно-технических конференциях;
научно-технических совещаниях Миннефтегазпрома;
областных научно-технических конференциях;
научно-технических советах НПО "Нефтеавтоматика" и НПО "Сибнефтеавтоматика";
научно-технических совещаниях объединения "Куйбышевнефть", ТОО "Куйбытевстрой";
научно-техническом совете Самарского архитектурно-строительного института;
научных семинарах кафедры "Механизация, автоматизация и энергоснабжение строительства";
Публикации. По теме диссертации опубликовано свыше 100 научных трудов, в том числе 7 авторских свидетельств. Кроме того получены положительные решения о выдаче авторских свидетельств по 19 изобретениям.
Личный вклад автора. Все работы, выполненные в соавторстве, подчинены общей поставленной проблеме и концепции ее решения, сделанным соискателем. Им сформулированы идеи защищаемых методов и средств измерения, алгоритмов и структур аппаратных и программных средств, методики испытаний и интерпретации их результатов. Соавторство относится к испытанию методов и средств измерения в производственных условиях.
На защиту выносятся следующие положения:
новые подходы в разработке ИИС для эксплуатации нефтяных месторождений;
новые метода измерения гидродинамических параметров скважин и пластов;
новые методы измерения производительности глубиннонасос-ных установок;
новые методы измерения технологических параметров скважин и глубиннонасосного оборудования;
новые средства измерения гидродинамических и технологических параметров скважин и пластов;
комплексное решение проблемы измерения гидродинамических и технологических параметров плэстое и скважин, необходимых для управления нефтяным"месторождением.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов и заключения, изложенных на 448 страницах машинописного текста, содержит 96 рисунков, 16 таблиц, библиографического списка включающего 177 наименований на 20 страницах, приложения, занимающего 53 страницы и содержащего листинги программ, акты о внедрении с десятью рисунками. Общий объем работы 523 страницы сквозной нумерации.