Разработка моделей и средств управления для синтеза проектных решений, повышающих эффективность эксплуатации подземных хранилищ газа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Золотухин, Михаил Вячеславович

• Золотухин, Михаил Вячеславович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Золотухин, Михаил Вячеславович

Введение.

Глава 1. Характеристика объекта. Особенности проектирования и эксплуатации систем управления Северо-Ставропольского ПХГ.

1.1. Особенности геологического строения Северо-Ставропольского ПХГ.

1.2. Влияние циклической эксплуатации ПХГ на работу газовых скважин.

1.3. Характеристика эксплуатационных объектов Северо-Ставропольского ПХГ.

1.3.1. Обустройство хранилища в хадумском горизонте.

1.3.2. Обустройство хранилища в горизонте зеленая свита.

1.4. Анализ систем контроля и управления технологическими процессами подземного хранилища газа.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Модели и алгоритмы обоснования и расчета рациональных объемов буферного газа.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Исходные соотношения, определяющие процесс эксплуатации ПХГ на стадии отбора газа при газовом режиме работы пласта.

2.3. Модель процесса отбора газа из ПХГ.

2.4. Оценка максимального и минимального объемов буферного газа.

2.5. Модель рационального объема буферного газа.

2.6. Алгоритм расчета рационального объема буферного газа при газовом режиме работы пласта.

2.6.1. Описание алгоритма.

2.6.2. Программа и компьютерная реализация алгоритма.

2.7. Обоснование объема буферного газа при «произвольном» режиме работы пласта-коллектора.

2.7.1. Формирование исходной информации.

2.7.2. Алгоритм расчета рационального объема буферного газа при произвольном» режиме работы пласта.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Моделирование механизма подъема газоводяного контакта к забою скважины.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Факторы, влияющие на состояние заколонного пространства эксплуатационной скважины.

3.3. Моделирование механизма подъема газоводяного контакта к забою эксплуатационной скважины при отборе газа из ПХГ.

3.4. Обводнение эксплуатационных скважин в процессе отбора газа из

Выводы по главе 3.

Глава 4. Проектные решения, повышающие эффективность функционирования системы управления технологическими процессами эксплуатации ПХГ.

4.1. Основы проектирования системы управления технологическими процессами эксплуатации ПХГ.

4.2. Основы формирования автоматизированных баз данных и их применения в решении задач контроля и управления технологическими процессами ГРП.

4.3. Системы управления запорными пневмоприводными кранами

4.3.1. Анализ отечественных систем управления запорными пневмоприводными кранами.

4.3.2. Микропроцессорный блок управления кранами МБУ «Кран-2».

4.4. Разработка и внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами ГРП на Северо-Ставропольском ПХГ.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка моделей и средств управления для синтеза проектных решений, повышающих эффективность эксплуатации подземных хранилищ газа»

Проектирование систем управления такими сложными объектами, как нефтяные и газовые месторождения, подземные хранилища газа (ПХГ), представляет трудности в силу неопределенности природного фактора, которой 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 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 системы, позволяющих повысить эффективность, то есть обеспечить повышение технических, экономических и других показателей эксплуатации технологического объекта.

Для ПХГ одними из таких функций являются алгоритмы расчета буферного газа, подлежащего хранению, контроль уровня газоводяного контакта относительно забоя эксплуатационных скважин, контроль и управление запорными пневмоприводными кранами.

Проектирование этих функций связано с моделированием процесса, решением инженерных прикладных задач, проведением опытно-конструкторских разработок.

Результаты проведенных экспериментальных и теоретических исследований, опытно-конструкторских работ позволяют получить решения прикладных задач, создать или усовершенствовать устройства управления, которые интегрируются в математическое и техническое обеспечения системы автоматизированного проектирования (САПР).

Схема развития системы управления технологическими процессами представлена на рис. 1. Неопределенность природы объекта затрудняет применение классического аппарата САПР и в этом случае используется основной принцип преодоления неопределенности - самоорганизация, то есть использование для целей управления всей дополнительной информации, получаемой в процессе проведения научно-исследовательских работ. управления действующего объекта

Рис. 1. Схема развития системы управления технологическими процессами на действующих и новых объектах на протяжении жизненного цикла:

Э - эксплуатация, П - проектирование, М - модернизация

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, прикладных задач и средств автоматизации контроля и управления, интеграция которых в САПР расширяет функции системы управления и способствует повышению эффективной эксплуатации ПХГ.

Поставленная цель реализуется через решение следующих связанных между собой задач:

1. Разработка моделей и алгоритмов расчета рациональных объемов буферного газа, обеспечивающих заданные объемы отбора активного газа с учетом экономических показателей.

2. 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.

3. Проектирование системы контроля и управления запорными пневмоприводными кранами и интеграция ее в техническое обеспечение САПР, позволяющие обеспечить надежное управление запорным оборудованием.

4. Разработка рекомендаций для проектирования системы оперативного управления технологическими процессами ПХГ.

Научная новизна. Разработаны новые алгоритмы и модели в составе САПР ПХГ, позволяющие обеспечить рациональное управление эксплуатацией ПХГ.

Основные защищаемые положения. Научная новизна определяется следующими защищаемыми положениями, которые рекомендуется учесть при проектировании систем управления технологическими процессами ПХГ:

1. Модели, алгоритмы и программа расчета рациональных объемов буферного газа;

2. 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;

3. Система контроля и управления запорными пневмоприводными 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 объемов отбора газа, анализа режима эксплуатации и проектирования новых 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 действующих объектах, а также при проектировании новых ПХГ;

• внедрением спроектированных АСУ ТП на шести ГРП СевероСтавропольского ПХГ.

Апробация работы. Основные результаты работы рассматривались на научно-технических советах ДОАО «Газпроектинжиниринг»,

ОАО «Гипрогазцентр», 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 шести публикациях, в том числе в пяти изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования РФ.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Золотухин, Михаил Вячеславович

Основные выводы

1. В диссертационной работе представлены результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, синтез которых в проектные решения САПР по системе управления технологическими процессами позволяет существенно повысить эффективность эксплуатации ПХГ.

2. Анализ эксплуатации систем управления ПХГ выявил необходимость включения в проектные решения систем автоматизированного проектирования, дополнительных функций систем управления технологическими процессами, повышающих эффективность эксплуатации ПХГ.

3. Для проектирования новых функций системы управления разработаны модели, алгоритмы и программы расчета рационального объема буферного газа, обеспечивающие заданные отборы газа из ПХГ с учетом экономических показателей, связанных с хранением буферного газа и эксплуатационных затрат на процесс отбора-закачки газа.

4. Математическая модель механизма подъема пластовой жидкости, приведенная в диссертации позволяет определять как характер обводнения скважины, так и положение ГВК относительно нижних перфорационных отверстий. Интеграция модели в проектные решения САПР систем управления позволяет вести стратегию отбора газа в соответствии с текущим положением ГВК, тем самым, предотвращая образование защемленных участков газа.

5. Система контроля и управления запорными пневмоприводными кранами, разработанная и внедренная автором, позволяет обеспечить надежное управление запорным оборудованием на объектах газовой отрасли.

6. Синтез разработанных моделей, алгоритмов, программ, технических устройств и интеграция их в проектные решения САПР составили основу рекомендаций по проектированию систем управления технологическими процессами ПХГ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Золотухин, Михаил Вячеславович, 2010 год

1. Алиев З.С., Андреев С.А., Власенко А.П., Коротаев Ю.П. Технологический режим работы газовых скважин. М.: Недра, 1978.

2. Бузинов В.Г., Бондарев В.А., Григорьев A.B. и др. Метод распределения заданного объема отбора газа в скважинах и трубопроводах, обеспечивающий минимум выноса пластовой жидкости. / М.: Сборник научных трудов. 50 лет ВНИИГазу, 40 летПХГ, 1999.

3. Булатов А.И. Формирование и работа цементного камня в скважине./ М.: Недра, 1990.

4. Варягов С.А., Еремин Н.В., Стерленко З.В. Характеристика попутных вод эксплуатационных скважин Северо-Ставропольского ПХГ. / Сб. тр., Ставрополь: ОАО «СевКавНИПИгаз», 2001.-С. 115-123.

5. Варчев Д.В. Анализ циклической эксплуатации ПХГ с помощью гистерезисных диаграмм. /НТС «Транспорт и подземное хранение газа». —М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2003, №6.

6. Варягов С.А., Никитин Н.К., Зиновьев В.В. и др.Оценка водопритоков к газовым скважинам Северо-Ставропольского ПХГ зеленой свиты. /Ставрополь: СевКавГТУ, сер. «Нефть и Газ», 2000, вып.З.

7. Васильев Ю.Н., Дубина Н.И. Прогнозирование обводнения газовых скважин конденсационной водой. -М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2005.

8. Васильев Ю.Н., Дубина Н.И. Математические основы обработки результатов газодинамических исследований скважин. — М.: ООО "Недра Бизнес-Центр", 2008.

9. Гриценко А.И., Клапчук О.В., Харченко Ю.А. Гидродинамика газожидкостных смесей в скважинах и трубопроводах. М.: Недра, 1994.

10. Гукасов H.A., Кучеров Г.Г. Теория и практика добычи газожидкостных смесей М.: ООО "ИРЦ Газпром", 2005.

11. Долгов С., Зиновьев В.В., Зиновьев И.В. Влияние песчаной пробки на работу газовой скважины. / Сб. научн. работ. Сер. Нефть и газ. -Ставрополь: СевКавГТУ, 1999. -Вып. II. -С. 177-184.

12. Дубина Н.И. Механизм обводнения добывающих скважин на завершающей стадии разработки сеноманских залежей. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2007, 109с.

13. Ермолаев А.И., Самуйлова JI.B., Радкевич В.В., Золотухин М.В. Контроль обводнения скважин и положения газоводяного контакта при отборе газа из продуктивных пластов ПХГ. // М.: «Газовая промышленность», 2008, №3.

14. Ермилов О.М., Ремизов В.В., Ширковский А.И., Чугунов JI.C. Физика пласта, добыча и подземное хранение газа. М.: Наука, 1996.

15. Зиновьев В.В. Строительство и ремонт газовых скважин. Разработка. Внедрение. -М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2004.

16. Зиновьев В.В., Басниев К.С., Будзуляк Б.В., Ананенков A.C. и др. Повышение надежности и безопасности эксплуатации подземных хранилищ газа. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2005.

17. Зиновьев В.В., Игнатенко Ю.К., Варягов С.А. и др. Особенности эксплуатации Северо-Ставропольского подземного хранилища газа. /Обзорная информ. Сер. Геология и разведка газовых и газоконденсатных месторождений. -М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2002.

18. Зиновьев В.В., Игнатенко Ю.К., Варягов С.А и др. Сравнительный анализ фильтрационных моделей пласта, используемых в решениях комплексных задач управления эксплуатации ПХГ. Научная мысль Кавказа. Приложение. -2004. №2. С. 77-83.

19. Зиновьев В.В., Игнатенко Ю.К., Варягов С.А. Модель крупного базового Северо-Ставропольского ПХГ. / Газовая промышленность. 2002. №8. -С.51-54.

20. Зотов Г.А. Геомеханические принципы установления предельных добывных возможностей газовых скважин. — В сб. «Вопросы методологии и новых технологий разработки месторождений природного газа». III часть. — М.: ВНИИГаз, 1998. -С. 52-71.

21. Кизина И.Д. Создание автоматизированных баз нефтепромысловых данных и их применение для решения задач управления разработкой месторождений Башкорстана. Диссерт. На соискание ученой степени к.т.н. Уфа, БашНИПИнефть, 1997.

22. Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика. Часть вторая. ГИТТЛ, М.-Л.:1948, 612 с.

23. Лейбензон Л.С. Руководство по нефтепромысловой механике. М.: Госэнергоиздат, 1951. Часть первая. Гидравлика, ГНТИ. М.-Л.: 1931, 335 с.

24. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987, 840 с.

25. Ломидзе Г.М. Фильтрация в трещиноватых породах. — М.-Л.: Госэнергоиздат, 1951, 127 с.

26. Лурье М.В. Механика подземного хранения газ в водоносных пластах. -М., Нефть и газ, 2001.

27. Лурье М.В., Дидковская A.C., Максимов В.М. Методика непрерывного мониторинга запасов газа в подземных газохранилищах. /НТС «Транспорт и подземное хранение газа». М.: ООО «ИРЦ Газпром»,2002, №6.

28. Лурье М.В., Дидковская A.C. Инвентаризация газа в ПХГ. / «Газовая промышленность», 2003, №2.

29. Лурье М.В., Дидковская A.C., Яковлева Н.В. Естественная убыль природного газа в подземных газохранилищах, создаваемых в водоносных пластах. . /НТС «Транспорт и подземное хранение газа». М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2003, №6. С.21-31.

30. Лурье М.В., Дидковская A.C., Яковлева Н.В., Варчев Д.В. Подземное хранение газа. -М.: ФГУП «Нефть и газ», 2004, -172 с.

31. Маскет М. Течение однородной жидкости в пористой среде. -М.: Гостоп -издат, 1949.

32. Назаров С.Н., Качалов О.Б. Приток газа к скважинам с песчаной пробкой на забое. //Изв. вузов. Нефть и газ. -1966. -№2.

33. Отчет о НИР. Комплексный анализ эксплуатации Северо-Ставропольского ПХГ (зеленая свита) и рекомендации по достижению утвержденных показателей. ОАО СевКавНИПИГаз, Ставрополь, 1993.

34. Отчет о НИР. «Разработать и освоить технологию сооружения и эксплуатации ПХГ в зеленой свите Северо-Ставропольского месторождения. СевКавНИПИГаз, Ставрополь, 1990.

35. Отчет о НИР. «Провести исследования развития и эксплуатации СевероСтавропольского ПХГ в хадумском горизонте и горизонте зеленой свиты. Т.2. (ПХГ в горизонте зеленой свиты). ОАО СевКавНИПИГаз, Ставрополь, 1996. -130 с.

36. Отчет о НИР. «Провести авторский надзор за эксплуатацией Северо-Став-ропольского подземного хранилища газа в хадумском горизонте и горизонте зеленой свиты. СевКавНИПИГаз, Ставрополь, 1996.

37. Отчет о НИР. Обобщение и анализ условий вскрытия продуктивных пластов и работ по интефикации полученных притоков на территории деятельности ПТО «Южгеология». СевКавНИПИГаз, Ставрополь, 1988.

38. Отчет по теме «Подготовка исходной информации для составления базы данных по Краснодарскому ПХГ. ООО «ВНИИГАЗ», 1999.

39. Радкевич В.В. Опыт проектирования и внедрения систем управления. // М. Промышленные контроллеры и АСУ. 2006, №3.

40. Радкевич В.В., Золотухин М.В., Викторов К.Н., Самарин A.A. Управление пневмоприводными кранами на объектах газовой отрасли./ НТЖ. Промышленные контроллеры и АСУ. 2007, №3.

41. Золотухин M.B. Повышение эффективности функционирования действующих АСУ ТП газораспределительных пунктов ПХГ. //Информационно-аналитический журнал. Нефть, газ и бизнес. М, 2010, №5. <

42. Радкевич В.В., Хан С.А., Ермолаев А.И., Золотухин М.В. К решению проблемы автоматизированного управления продуктивными пластами ПХГ. /НТЖ. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2007, №9.

43. Регламент проведения работ по воздействию на призабойную зону пласта по разрабатываемым месторождениям объединения «Ставропольнефтегаз».-Пятигорск: СевКавНИПИгаз, 1998.

44. Степанов Н.Г, Дубина Н.И., Васильев Ю.Н. Системный анализ проблемы газоотдачи продуктивных пластов. -М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001.

45. Тарг С.М. Основные задачи теории ламинарных течений. Гос.изд-во техн.-теор. лит. M.-JI.:1951, 420 с.

46. Точигин JI.A., Одишария Г.Э. Прикладная гидродинамика газожидкостных смесей. М.: ВНИИГАЗ, 1998.

47. Ширковский А.И. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений. -М.гНедра, 1987, 309 с.

48. Хан С.А. Ермолаев А.И., Самуйлова Л.В., Золотухин М.В. Обоснование объемов буферного газа для подземных хранилищ. —М.:НТЖ. Наука и техника в газовой промышленности. ИРЦ Газпром, 2008, №2. С. 36-46.

49. Черных В.А., Зотов Г.А., Динков A.B. Эксплуатация скважин в неустойчивых коллекторах. -М.: Недра, 1987.