Введение к работе
Актуальность темы
В нефтедобывающей промышленности важное значение имеет покомпонентный учет добываемой продукции, точность которого напрямую влияет на величину налоговой базы недропользователя. В частности, ГОСТ Р 8.615-2005 «Измерение количества извлекаемой из недр нефти и нефтяного газа. Общие метрологические и технические требования» установлены пределы допускаемой погрешности измерения массы сырой нефти по отдельной скважине не более 2,5%, объема нефтяного газа - не более 5%.
Как правило, продукт, выходящий из нефтяных скважин, состоит не только из нефти и газа, но и сопутствующей им воды, т.е. является трехкомпонентным, поэтому учет расхода добываемой смеси необходимо вести раздельно по каждому компоненту. Решение этой задачи осуществляется двумя путями.
Первый предусматривает разделение контролируемого потока на отдельные компоненты с помощью сепарационной установки с последующим прямым измерением каждого компонента в отдельности. Такой подход позволяет получать наиболее точные результаты измерения компонентов, но является весьма дорогим, длительным во времени процессом, требует установки на нефтяной скважине специального оборудования и потенциально небезопасен для экологии в силу возможной утечки нефти из сепарационных и измерительных установок.
Второй путь заключается в том, что поток нефтяной смеси беспрепятственно движется по трубе, а информационно-измерительная система (ИИС) напрямую измеряет определенные параметры потока (скорость, давление, температуру и т.д.), а затем из полученных данных косвенным путем уточняется функция преобразования, производится калибровка каналов ИИС и определяется покомпонентный расход нефтяной скважины. При этом получение данных о параметрах потока возможно в режиме реального времени, замеры контролируемых параметров могут осуществляться бесконтактным способом, сохраняя целостность трубопровода, что существенно снижает вероятность утечки нефтепродуктов. Стоимость ИИС при такой калибровке значительно ниже, чем стоимость сепарационных установок. Однако получение калибровочных зависимостей для определения покомпонентного расхода нефтеводогазового потока является сложной научно-технической задачей.
Существенный вклад в разработку методов и средств измерений параметров газожидкостного потока, методов калибровки измерительных приборов и систем учета внесли отечественные: В.П. Дробков, Г. С. Абрамов, А.В. Барычев, А.Ю. Новиков, В.Х. Ясовеев, Е.В. Мартынов, Г.М. Альтшуллер и др.; и зарубежные исследователи G. Wallis, M. Sadatomi и др.; а также отечественные и зарубежные компании: «ГАНГ- Нефтегазавтоматика», ИПФ «Сибнефтеавтоматика», НІ Il I «ГКС», «ОЗНА», «Башнефть»; «Agar», «Schlunmberge», «Weatherford», «Roxar», «Petroleum Software Ltd», «Emerson».
Несмотря на активные исследования и разработки в этой области, в частности появления алгоритмов, основанных на нейронных сетях, на рынке до сих пор не представлена высокоточная и дешевая измерительная система, полностью удовлетворяющая запросы нефтяных компаний, а, следовательно, остается актуальной проблема дальнейшего совершенствования методик и алгоритмов калибровки ИИС для определения покомпонентного расхода нефти и газа на каждой добывающей скважине.
Объектом исследования является процесс калибровки информационно- измерительной системы учета нефти и попутного нефтяного газа на нефтедобывающей скважине.
Предметом исследования - способы, методики и алгоритмы расчета расхода компонентов нефтеводогазового потока на нефтедобывающей скважине, построенные на основе моделей самоорганизации.
Цель работы - повышение точности учета нефти и попутного газа на нефтяных скважинах без разделения добываемой нефтеводогазовой смеси на отдельные компоненты.
Научная задача исследования - разработка методик и алгоритмов повышения точности калибровки информационно-измерительной системы покомпонентного учета расхода нефтеводогазового потока на нефтяной скважине.
Поставленная задача научного исследования решается в следующих направлениях:
-
Разработка методики и алгоритма определения расхода компонентов нефтеводогазового потока при калибровке ИИС.
-
Разработка методики и алгоритма идентификации режимов течения нефтеводогазового потока (пузырькового, снарядного, кольцевого, дисперсного и т.д.).
-
Разработка методики и алгоритма выявления результатов измерений с недопустимой погрешностью в многомерном пространстве.
-
Проведение численного и натурного эксперимента определения расхода компонентов нефтеводогазового потока, подтверждающих эффективность разработанных алгоритмов.
Научная новизна
Разработаны методика и алгоритм построения моделей определения
расхода компонентов нефтеводогазовой смеси на основе метода группового учета аргументов и моделей самоорганизации.
Разработаны методика и алгоритм идентификации режимов течения
нефтеводогазового потока при калибровке ИИС
Разработаны методика и алгоритм повышения точности калибровки ИИС
за счет уменьшения погрешности, обусловленной неправильным выбором математической модели двухфазной трехкомпонентной среды контролируемого продукта.
Практическая ценность работы
Использование разработанных методик и алгоритмов при калибровке ИИС позволяет:
определять расход отдельных компонентов нефтеводогазового потока в режиме реального времени;
повысить точность измерения добываемой нефти и попутного нефтяного газа, что весьма важно для экономики нефтедобывающих компаний.
Разработано программное обеспечение «КалибрИС» (свидетельство о регистрации программ для ЭВМ №2010614511), предназначенное для получения калибровочных зависимостей при определении покомпонентного расхода нефтеводогазового потока. Методы исследования
При выполнении работы использовались методы теории погрешностей ИИС, методы метрологического обеспечения определения расхода нефтеводогазового потока, методы главных компонент, группового учета аргументов, кластерный анализ параметров нефтеводогазового потока. На защиту выносятся:
-
-
Методика и алгоритм определения расхода компонентов нефтеводогазового потока и их использование при калибровке ИИС для учета нефти и попутного газа на нефтедобывающей скважине.
-
Методика и алгоритм идентификации режимов течения нефтеводогазового потока.
-
Методика и алгоритм выявления результатов измерений с недопустимой погрешностью в многомерном пространстве.
-
Экспериментальное подтверждение эффективности определения расхода компонентов нефтеводогазового потока при использовании разработанных методик и алгоритмов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии ИСТ - 2008» (г. Н. Новгород, 2008 г.), VII международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (г. Н. Новгород, 2008 г.), 63 научной сессии, посвященной Дню радио (г. Москва, 2008 г.), 18-й Всероссийской конференции с международным участием «Неразрушающий контроль и техническая диагностика» (г. Н. Новгород, 2008 г.), V межрегиональной научно-практической конференции «Современные информационные и телекоммуникационные технологии в образовании, науке и технике» (г. Арзамас, 2008 г.), межвузовской конференции молодых ученых «Наука молодых» (г. Арзамас, 2008 г.), Всероссийской научно- практической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (г. Саратов, 2009 г.), IX Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (г. Н. Новгород, 2010 г.), VIII Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии,
системный анализ и управление» (г. Таганрог, 2010 г.), «Информационные системы и технологии ИСТ - 2011» (г. Н. Новгород, 2011 г.). Реализация результатов исследования. Результаты работы внедрены:
в ОАО «Арзамасский приборостроительный завод» при выполнении хоздоговорных НИР по ИИС «Ультрафлоу»;
в ООО «Сигнал» при разработке программного обеспечения «КалибрИС»; использованы:
в учебном процессе Арзамасского политехнического института НГТУ в рамках дисциплины «Методология синтеза новых конструкторско- технологических решений РЭС».
при выполнении НИР по программам «УМНИК» и «Старт» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, «Старт-НН» правительства Нижегородской области.
Степень достоверности и обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации. Достоверность результатов работы подтверждается использованием известных положений фундаментальных наук, корректностью разработанных математических моделей, хорошей согласованностью полученных теоретических результатов с результатами эксперимента, а также с результатами исследований других авторов.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 научные статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 4 статьи в других изданиях, 12 материалов и тезисов конференций, получено свидетельство о регистрации программы для ЭВМ, поданы 4 заявки на изобретения, из них на 1 получено положительное решение о выдаче патента.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 138 стр. содержит: 4 главы, введение, заключение, список литературы из 103 наименований, 1 приложение.
Похожие диссертации на Методики и алгоритмы калибровки информационно-измерительной системы учета нефти и попутного нефтяного газа на основе моделей самоорганизации
-
