ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Анализ предметной области 8
1.1 Обзор технологического процесса нефтедобычи 8
1.2 Анализ процесса обслуживания скважин 10
1.3 Анализ интегрированных систем управления 11
1.3.1 Системы ERP 12
1.3.2 Системы MES 13
1.3.3 Системы SCADA 15
1.4 Постановка цели и задач выпускной квалификационной работы ... 20
2 Разработка методологии для управления и диагностики состояния
скважинного оборудования 22
2.1 Определение параметров для управления и диагностики состояния
скважинного оборудования 22
2.2 Теоретические основы динамометрирования 24
2.3 Распознавание образов динамограмм с помощью нейронных сетей 29
2.4 Анализ и выбор методов классификации образов динамограмм 32
3 Разработка аппаратной части АСУТП 38
3.1 Разработка структуры АСУТП 38
3.2 Выбор аппаратной части АСУТП 39
3.3 Разработка электрических схем шкафа управления 45
4 Разработка АРМ оператора 54
4.1 Разработка структуры проекта в TRACE MODE 54
4.2 Разработка экранных форм 57
4.3 Разработка программ 62
4.4 Разработка отчета по скважине 63
4.5 Настройка интерфейсов 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 72
ПРИЛОЖЕНИЕ А 75
ПРИЛОЖЕНИЕ B
Комплексная автоматизация является одним из инструментов повышения конкурентоспособности современных предприятий, которая подразумевает внедрение интегрированных систем, реализованных на самых разных уровнях управления предприятием. К ним относят автоматизированные системы управления производствами (предприятиями), автоматизированные системы управления различными технологическими процессами и многие другие.
Отдельно следует упомянуть нефтегазодобывающие предприятия. Их особенностями является наличие требований по промышленной безопасности, территориальная удаленность и распределенность объектов управления. Учитывая сложность и дороговизну спуско-подъемных операций, очень важно проводить своевременную диагностику состояния подземного скважинного оборудования. Применение автоматизированных систем позволяет снизить издержки, что особенно важно в условиях «дешевой» нефти, увеличит эффективность процесса добычи нефти, снизить вероятность возникновения аварий и их влияние на людей и на окружающую среду.
Поэтому целью данной работы является увеличение эффективности процесса контроля и управления скважинным оборудованием за счет разработки автоматизированной системы управления нефтяными скважинами.
Объектом данного исследования является технологический процесс нефтедобычи для нефтегазодобывающего управления (НГДУ).
Задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели:
- провести обзор существующего процесса нефтедобычи и используемого скважинного оборудования;
- провести анализ процессов контроля, управления и обслуживания скважинного оборудования НГДУ;
- провести анализ инструментов, используемых при реализации автоматизированных систем управления технологическими процессами;
- разработать методику диагностики состояния штангового глубинного насоса;
- разработать структурную схему автоматизированной системы управления нефтяными скважинами;
- разработать электрические схемы автоматизированной системы управления нефтяными скважинами;
- разработать автоматизированное рабочее место оператора технологического процесса добычи нефти.
В первой главе проведен обзор технологического процесса нефтедобычи и процесса диагностики скважинного оборудования, а также рассмотрены уровни интегрированных систем управления производственным предприятием. На основе анализа предметной области сформулированы цель и задачи выпускной квалификационной работы.
Во второй главе определены параметры для диагностики и управления скважинным оборудованием. Для разработки методики автоматизированной диагностики состояния штанговых глубинных предложено использование нейронных сетей, позволяющих производить распознавание образа динамограммы. На основе проведенного исследования выбран метод классификации образов динамограмм.
В третьей главе разработана аппаратная часть нижнего уровня автоматизированной системы управления скважинным оборудованием на примере управления штанговыми глубинными насосами. Для этого разработана общая структурная схема, выбраны необходимые технические средства автоматизации и разработаны электрические схемы автоматизированной системы управления нефтяными скважинами.
В заключительной главе разработана программная часть автоматизированной системы управления нефтяными скважинами с использованием интегрированной среды разработки TRACE MODE.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы была разработана автоматизированная система управления нефтяными скважинами.
При выполнении работы были решены следующие задачи:
1) проведен обзор технологического процесса нефтедобычи и применяемого оборудования;
2) проведен анализ существующего процесса контроля и диагностики скважинного оборудования;
3) проведен обзор инструментов реализации автоматизированных систем управления технологическими процессами;
4) разработана методика автоматизированной диагностики состояния штангового глубинного насоса по динамограммам;
5) разработана аппаратная часть автоматизированной системы управления нефтяными скважинами;
6) разработана программная часть автоматизированной системы управления, включая автоматизированное рабочее место оператора технологического процесса добычи нефти в SCADA-системе TRACE MODE.
Для автоматизированной диагностики состояния штанговых глубинных насосов предложено использовать нейронные сети. Классификация образов динамограмм производится с помощью метода опорных векторов. Он показал наилучшие результаты из рассмотренных в работе методов.
В связи с риском введения санкций со стороны западных стран, при разработке аппаратной части автоматизированной системы управления использовано оборудование исключительно российских и тайваньских производителей. Программная часть также реализована с помощью отечественной интегрированной среды разработки TRACE MODE.
Результаты работы могут быть использованы при внедрении подобных систем на объектах нефтегазодобывающей отрасли.
