CC BY
26АВТОМАТИЗАЦИЯ
УДК 004.457+681.51:622.276.054
Ю.А. Донской1, e-mail: don125@yandex.ru; А.А. Сабиров1, e-mail: aibert_sabirov@maii.ru;
В.Н. Ивановский1, e-maii: ivanovskiyvn@yandex.ru; И.Н. Герасимов1, e-maii: igor.conik@gmail.com;
К.И. Клименко1, e-maii: workgr@maii.ru
1 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный университет нефти и газа (Национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина» (Москва, Россия).
Программный комплекс «Автотехнолог» и интеллектуальные устройства на его основе
Современные тенденции повышения операционной эффективности обусловливают необходимость создания интегрированной модели производства, что позволяет как минимум увеличить добычу и сократить затраты. Обычно основой для такой модели являлись программные комплексы иностранных производителей. Однако в последнее время торговые ограничения в области топливно-энергетического комплекса включают запрет на поставку и использование специального программного обеспечения, используемого отечественными и зарубежными фирмами на территории России. В число санкционных программных комплексов попали и программы подбора и диагностики скважинных насосных установок. Введение санкций заставило указанные структуры обратить внимание на российские разработки, одной из которых стал программный комплекс «Автотехнолог», созданный в Российском государственном университете нефти и газа (Национальном исследовательском университете) имени И.М. Губкина. Потребность в таких комплексах появилась в связи с переходом нефтяной промышленности на систему интенсификации добычи нефти, при которой увеличилась депрессия на пласт, резко возросло негативное влияние свободного газа и выносимых пластовой жидкостью механических примесей, коррозии, отложения солей и асфальтосмолопарафинов. В настоящее время программный комплекс «Автотехнолог» включает несколько блоков. Программа «Автотехнолог-Соль» работает в диалоговом режиме и позволяет проводить подбор и диагностику любых скважинных насосных установок для добычи нефти (установок электроприводных центробежных, винтовых, диафрагменных, струйных, штанговых насосов и т. д.). Программы «Автотехнолог-Энергоэффективность» и «Автотехнолог-Менеджер» работают в автоматическом режиме и предназначены для мониторинга работы механизированного фонда скважин, оборудованных установками электроприводных и штанговых насосов, а также для автоматизированного подбора оптимального варианта системы «пласт - скважина - насосная установка». Источником информации для работы данных программных комплексов являются технологический режим и базы данных нефтепромыслового оборудования.
Ключевые слова: интегрированная модель, импортозамещение, подбор скважинных насосных установок, диагностика, мониторинг, электроприводная насосная установка, струйная насосная установка, штанговая насосная установка, винтовая насосная установка, энергоэффективность.
Yu.A. Donskoy1, e-mail: don125@yandex.ru; A.A. Sabirov1, e-mail: albert_sabirov@mail.ru; V.N. Ivanovskiy1, e-mail: ivanovskiyvn@yandex.ru; I.N. Gerasimov1, e-mail: igor.comk@gmail.com; K.I. Klimenko1, e-mail: workgr@mail.ru
1 Federal State Autonomous Educational Institution for Higher Education "Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University)" (Moscow, Russia).
The Autotechnolog Software and Intellectual Devices on It's Basis
Current trends in operational efficiency increase necessitate the creation of an integrated production model, which allows at least to increase production and reduce costs. Usually the basis for such a model was software systems of foreign manufacturers. Recently, however, trade restrictions in the fuel and energy complex include a ban on the supply and use of special software used by domestic and foreign firms in Russia. The list of sanctioned software systems also includes programs for the selection and diagnostics of downhole pumping units. The imposition of sanctions forced these structures to pay attention to Russian developments, one of which was the Avtotekhnolog software complex, created at the Russian State University of Oil and Gas (National Research University) named after I.M. Gubkin. The need for such complexes arose in connection with the transition of the oil industry to a system of oil production intensification, in
20
№ 9-10 октябрь 2020 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
AUTOMATION
which the depression on the reservoir increased, the negative effect of free gas and mechanical impurities carried out by the formation fluid, corrosion, salt deposits and asphalt-resin-waxes increased sharply. At present, the Autotechnologist software package includes several blocks. The program "Autotechnologist + Salt" works in an interactive mode and allows you to select and diagnose any downhole pumping units for oil production (installations of electric driven centrifugal, screw, diaphragm, jet, sucker rod pumps, etc.). The programs "Autotechnologist-Energy Efficiency" and "AutotechnologistManager" operate in automatic mode and are designed to monitor the operation of mechanized wells equipped with electric drive and sucker rod pumps, as well as for automated selection of the optimal version of the "reservoir - well - pumping unit" system. The source of information for the operation of these software systems are the technological regime and databases of oilfield equipment.
Keywords: integrated model, import substitution, selection of downhole pumping units, diagnostics, monitoring, electric drive pumping unit, jet pumping unit, sucker rod pumping unit, screw pumping unit, energy efficiency.
ВВЕДЕНИЕ
Международные компании достигают повышения операционной эффективности в первую очередь путем внедрения систем управления потерями, повышения коэффициента извлечения нефти, оптимизации инвестиционных вложений и операционных затрат [1, 2]. Достигается это за счет внедрения методик и инструментов интегрированного моделирования производственной цепочки, интегрированного планирования производственной деятельности, управления производством при помощи методик модели ограничений, а также благодаря выстраиванию качественных процессов управления изменениями. Использование данных подходов к управлению производством в совокупности с внедрением современных 1Т-решений называется интеллектуальным месторождением. Ранее интегрированные модели в российских нефтегазовых компаниях создавались в основном на базе программного обеспечения иностранных производителей. Однако в последние годы антироссийские санкции и иные торговые ограничения в области топливно-энергетического комплекса привели к запрету на поставку и использование в ряде российских компаний специального программного обеспечения. В число санкционных программных комплексов попали программы подбора и диагностики скважинных насосных установок. До 2014 г. в рос-
сийской нефтяной промышленности широко использовались программы SubPUMP, WellFlow, AutoGraf и др., с помощью которых нефтяные и сервисные компании осуществляли подбор скважинных насосных установок для добычи нефти по промысловым условиям. Нельзя сказать, что отечественные программные продукты сильно отличались по потребительским качествам от перечисленных программ, поэтому такие нефтедобывающие компании, как ПАО «НК «Роснефть», ПАО «ЛУКОЙЛ», ПАО «Сургутнефтегаз», ПАО «НГК «Славнефть», ПАО «Татнефть», ПАО «АНК «Башнефть», а также сервисные компании ООО «Новомет-Сервис», ООО «РИМЕРА-Сервис» и ряд других и до введения санкций использовали отечественные программы подбора и диагностики скважинных насосных установок. В то же время наряду с российскими часто использовались и зарубежные программы, причем российские филиалы международных сервисных фирм Schlumberger, Baker Hughes и др. использовали только зарубежные программы. Также только с помощью зарубежных программ подбиралось оборудование для морских скважин. Введение санкций заставило указанные структуры обратить внимание на российские разработки, одной из которых стал программный комплекс (ПК) «Автотехнолог», созданный в РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина [3].
ВОЗМОЖНОСТИ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА «АВТОТЕХНОЛОГ»
Программный комплекс «Автотехнолог» является современным и эффективным инструментом, позволяющим с большой точностью совершать операции подбора скважинных насосных установок, особенно в осложненных условиях эксплуатации и при оптимизации работы системы «пласт - скважина - насосная установка».
ПК «Автотехнолог» основан на многократно апробированных методиках расчета:
• гидродинамических характеристик насосных установок при работе на реальных водонефтегазовых смесях;
• действительных нагрузок на все элементы скважинных насосных установок, как погружных, так и штанговых;
• реального распределения плотности, вязкости, температуры и давления пластового флюида по глубине эксплуатационной скважины.
Первые версии программы «Автотехнолог» появились в 1997 г. и были внедрены на скважинах Западной Сибири. В настоящее время программа имеет широкий функционал для подбора, оптимизации, оценки условий работы насосных установок различных типов как с погружным электроприводом, так и с наземным, гидроприводных насосных установкок (рис. 1). На основе ПК «Автотехнолог» созданы программно-аппаратные комплексы для определения вероятности развития и интен-
Ссылка для цитирования (for citation):
Донской Ю.А., Сабиров А.А., Ивановский В.Н., Герасимов И.Н., Клименко К.И. Программный комплекс «Автотехнолог» и интеллектуальные устройства на его основе // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2020. № 9-10. С. 20-26.
Donskoy Yu.A., Sabirov A.A., Ivanovskiy V.N., Gerasimov I.N., Klimenko K.I. The Autotechnolog Software and Intellectual Devices on It's Basis. Territorija "NEFTEGAS" [Oil and Gas Territory]. 2020;(9-10):20-26. (In Russ.)
АВТОМАТИЗАЦИЯ
Подбор ШСНУ; П»рв«етры подборе
Состояние ск пежины Динамический уровень 1155 м Звгпчбяенме под Ндим 617 м 4.85 МПа
Скважинная штанговая насосная установка1'1"' Downhole sucker rod pumping unit
вдпТсмдиГ^Т^ Скважинная штанговая насосная установка для одновременно-раздельной эксплуатации PitwwwiMHibJ Downhole-succker rod pumping unit for simultaneously-40(норм)'С 170 МПа c' r r •
Подбирать насосы т
|НН2СГТШ)
separate operation
Я
не (»стаиоелвн
еерыант Сравнение прензойлет далее.
Скважинная штанговая насосная установка с канатной штангой Downhole mucker Tod pumping unit with wire rod
ыннл» sucker-rod pump tfcHM»lKHlt*(DMS»№i|
ваз )U ОЯР ■ли M 1ГО 9U**me •*• N7
ПН10П1Р11 К [KUt * Дгт tram»" i
öl kudii.zz долин
¥Л»"*<Э11йч1мП t-iMlUP M TT ¡Mjr
♦Ig] " i
Рис. 1. Программный комплекс «Автотехнолог»: виды подбираемого оборудования Fig. 1. Autotechnolog software: types of selected artificial lift pumps
сивности коррозии, солеотложения, расчета мгновенного дебита установок электроцентробежных насосов (УЭЦН), оптимизации дозировки ингибиторов и деэмульгаторов, определения ресурса насосных установок, анализа больших массивов данных фонда скважин, оборудованных ЭЦН, штанговыми скважин-ными насосами (ШСН) для оптимизации компоновок насосного оборудования и снижения потребления электроэнергии [1, 4, 5].
В настоящее время программа «Автотехнолог-Соль», входящая в состав комплекса, позволяет осуществлять: 1) подбор скважинного насосного оборудования с электроприводом (установки электроприводных лопастных насосов (УЭЛН), УЭЦН, электровинтовых насосов (УЭВН), электродиафраг-
менных насосов (УЭДН)) для постоянной и циклической эксплуатации вертикальных, наклонно-направленных, горизонтальных скважин и скважин с боковыми стволами малого диаметра (БСМД); подбор и обеспечение оптимальных условий эксплуатации для предвключенных устройств (сепараторов и диспергаторов газа, мульти-фазных ступеней и секций, фильтров и сепараторов механических примесей, конических вставок или секций ЭЦН);
2) подбор скважинных насосных установок возвратно-поступательного действия (с механическими и гидравлическими приводами), в т. ч. при одновременно-раздельной добыче, эксплуатации БСМД, использовании канатных штанг;
3) подбор скважинных насосных установок вращательного действия (штанговых винтовых насосов);
4) подбор скважинных струйных насосных и компрессорных установок, а также насосно-эжекторных установок типа «Тандем» (УЭЛН + струйный аппарат);
5) анализ работы скважинных насосных установок, работающих в нефтяных и водоподъемных скважинах (диагностика, определение основных рабочих параметров);
6) энергоэффективный подбор (дизайн) скважинных насосных установок с определением потерь энергии в каждом элементе оборудования;
7) подбор оборудования для поддержания пластового давления с помощью скважинных, шурфовых и горизонтальных центробежных насосных установок;
22
№ 9-10 октябрь 2020 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
AUTOMATION
Рис. 2. Расчет выноса механических примесей различной крупности
Fig. 2. Calculation pump out of various sizes mechanical impurities
Рис. 3. Итоговая комплектация оборудования с указанием гарантированной наработки с заданным уровнем доверительной вероятности Fig. 3. Equipment design summary with indicating the guaranteed operating time with a given level of probability
Рис. 4. Учет условий, осложняющих эксплуатацию
Fig. 4. Considération of conditions complicating the production
8) определение вероятности и интенсивности солеотло-жения при эксплуатации скважин по узлам скважинного оборудования и глубине скважины;
9) определение вероятности и интенсивности коррозии при эксплуатации скважин по узлам скважинного оборудования и глубине скважины;
10) расчет выноса потоком продукции механических примесей (рис. 2) в зависимости от их размера и выбор оптимальной конструкции фильтра/сепаратора для их задержания/отделения (рис. 3);
10) учет условий эксплуатации и прогнозирование ресурса УЭЛН (рис. 4, 5);
11) выбор способа эксплуатации нефтяной скважины на основе исходных данных и требований оптимиза-
Рис. 5. Выбор исполнения насосной установки по критерию гарантированной наработки в условиях осложняющих факторов
Fig. 5. The choice of execution of the pumping unit according to the criterion of guaranteed running hours in complicating terms
АВТОМАТИЗАЦИЯ
Рис. 6. Ввод кривой изменения вязкости продукции на основе исследования проб пластового флюида
Fig. 6. Window of entering the fluid viscosity curve based on reservoir fluid samples
Рис. 8. Температура продукции по глубине скважины и в интервале установки электроцентробежного насоса Fig. 8. Calculated fluid temperature for the well and the electric centrifugal pump unit interval
Рис. 7. Ввод типоразмера и количества ступеней электроцентробежного насоса в случае отличия от каталожных значений фирм - производителей оборудования
Fig. 7. Electric centrifugal pump manual (outside diameter, flow, number of stages, gas handler system) design window
ции совокупной стоимости владения нефтедобывающим оборудованием.
Кроме того, в последнее время появились возможности задавать кривые изменения вязкости добываемой продукции (рис. 6), задавать на этапе подбора типоразмеры и количество ступеней ЭЦН в случае отличия от каталожных значений (рис. 7), определять потребность установки кожуха погружного электродвигателя, ориентируясь по температуре продукции в интервале установки ЭЦН и дебиту рассчитанной скважины (рис. 8), рассчитывать скорость коррозии насосно-компрес-сорных труб, корпуса ЭЦН, погружного электродвигателя, брони кабельной линии, насосных штанг (рис. 9). Программный комплекс может обмениваться данными (как исходными, так и конечными) с промысловыми базами данных нефтяных компаний, такими как «Альфа», «Нефтедобыча», OillnfoSystem и др. Это позволило сократить время обработки
Рис. 9. Расчет скорости коррозии насосно-компрессорных труб, корпуса электроцентробежного насоса, погружного электродвигателя, брони кабельной линии, насосных штанг
Fig. 9. Calculation of the corrosion rate of tubing, electric centrifugal pump casing, submersible electric motor, cable line armor, sucker rods
информации и количество ошибок, связанных с человеческим фактором, создать интегрированную модель и реализовать функционал интеллектуального месторождения [1]. Расширение технологий одновременно-раздельной добычи нефти потребовало создания блока подбора и расчета специального оборудования, предназначенного для работы в скважинах с несколькими продуктивными объектами. В программе появился блок подбора скважинных и шурфовых насосных установок для работы в системе поддержания пластового давления. Вывод на рынок установок ЭЦН с одним
24
№ 9-10 октябрь 2020 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
AUTOMATION
Рис. 10. Окно приложения «Автотехнолог-Энергоэффективность». Поузловой анализ потребления мощности
Fig. 10. Autotechnolog - Energy Efficiency module. Site-by-site power consumption analysis
Рис. 11. Окно приложения «Автотехнолог-Менеджер». Поузловой анализ потребления мощности
Fig. 11. Autotechnologist-Manager module. Site-by-site power consumption analysis
погружным электродвигателем, двумя протекторами и двумя насосными секциями и отсутствие адекватных методик подбора этого оборудования к скважинам привели к созданию блока подбора таких установок. Только после начала использования для подбора установок
ПК «Автотехнолог» двусторонние УЭЦН начали эффективно эксплуатироваться в скважинах, в т. ч. с БСМД [6]. Появление в арсенале нефтяников новых видов оборудования (малогабаритных УЭЦН 3- и 2А-габаритов, пред-включенных мультифазных ступеней
и секций, насосных установок с канатными штангами, струйных насосных, а также насосно-эжекторных установок) было поддержано соответствующими блоками подбора и расчета этих видов оборудования, вошедшими в состав расширенного ПК «Автотехнолог».
IV МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
РЫНОК НЕФТЕПРОДУКТОВ
РОССИИ И СНГ
27 НОЯБРЯ 2020, МОСКВА, ОТЕЛЬ (¡БАЛЧУГ КЕМПИНСКИ»
О
о 0
ФОРМАТ КОНФЕРЕНЦИИ
Л*Л"Д
ПЛЕНАРНОЕ ЗАСЕДАНИЕ ДИНАМИКА И КЛЮЧЕВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ НА ТОПЛИВНОМ РЫНКЕ РФ
А*А*А
СТРАТЕГИЧЕСКАЯ СЕССИП
МЕЛКООПТОВЫЙ/ БИРЖЕВОЙ РЫНКИ МОТОРНОГО ТОПЛИВА
А*А*Д
СТРАТЕГИЧЕСКАЯ СЕССИЯ
АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ РАЗВИТИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ТОПЛИВНОГО БИЗНЕСА
Д*Д*А
СТРАТЕГИЧЕСКАЯ СЕСШ АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ПУТИ ОПТИМИЗАЦИИ ВТОРИЧНОЙ ЛОГИСТИКИ НА ТОПЛИВНОМ РЫНКЕ РФ
www.rpi-conferences.conn
+7 (495) 502 54 33; +7 (495] 778 93 32 (Й) Konstantinova.Elena@rpi-inc.ru
АВТОМАТИЗАЦИЯ
Введенные нефтегазодобывающими компаниями программы повышения энергоэффективности были поддержаны соответствующими приложениями («Автотехнолог-Энергоэффективность», «Автотехнолог-Менеджер») (рис. 10, 11), позволяющими без участия пользователя рассчитывать по данным о текущей эксплуатации эталонную (нормальную) величину потребления электроэнергии и сравнивать ее с фактической, что дает возможность определять потенциал энергосбережения и выявлять насосные установки, работающие неэффективно.
На основе ПК «Автотехнолог» созданы программно-аппаратные комплексы виртуального расходомера, блока интеллектуализации нижнего уровня скважин (БИНУС) [7], позволяющего в режиме онлайн определять дебит скважин, регулировать количество подаваемого в скважину реагента в зависимости от условий эксплуатации и вероятности возникновения осложнений, определять индикаторную кривую притока, кривую восстановления давления, прогнозировать остаточный ресурс насосной установки.
ВЫВОДЫ
1. В России созданы программные комплексы подбора и диагностики нефтедобывающего оборудования, учитывающие все потребности российской нефтяной промышленности и полностью обеспечивающие импортозаме-щение в данной области.
2. Российский ПК «Автотехнолог» может работать практически с любыми видами скважинного нефтедобывающего оборудования, в то время как зарубежные аналоги имеют довольно узкую специфику (либо ЭЦН, либо скважинные штанговые насосные установки, либо штанговые винтовые насосы и т. д.). Стоимость отечественных программных комплексов существенно ниже, чем у зарубежных аналогов, как при приобретении, так и при технической поддержке в период эксплуатации.
3. Российский программный комплекс «Автотехнолог» имеет отработанный блок импорта-экспорта данных в существующие и перспективные промысловые базы данных нефтяных компаний.
I
Литература:
1. Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Салихова А.Р. и др. Развитие цифрового месторождения за счет использования блока интеллектуализации нижнего уровня скважин // Neftegaz.RU. 2019. № 6 (90). С. 16-21.
2. Сучок С., Шалинов А., Крюков М. LIFE-FIELD — пилотный проект компании «ЛУКОЙЛ» по созданию интеллектуального месторождения на базе международных активов в сфере разработки и добычи углеводородов // Нефтегазовая вертикаль. 2016. № 6. С. 110-115.
3. Сабиров А.А., Ивановский В.Н., Герасимов И.Н. и др. Программный комплекс «Автотехнолог» - элемент системы импортозамещения программного обеспечения для нефтяной промышленности России // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 11. С. 22-26.
4. Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Герасимов И.Н. и др. Интеллектуальные программно-аппаратные комплексы защиты скважинного оборудования от отложения солей // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2015. № 4. С. 20-24.
5. Ивановский В.Н., Сабиров А.А., Донской Ю.А. и др. Интеллектуальные системы определения дебита скважины и борьбы с осложненными условиями // Инженерная практика. 2016. № 10-11.
6. Сабиров А.А. Новые разработки в технике и технологии добычи нефти // Инженерная практика. 2017. № 1-2.
7. Способ оптимизации работы скважины, оборудованной скважинным насосом: патент RU2700149Q; МПК E21B 47/10, E21B 47/06 / В.Н. Ивановский, А.А. Сабиров, А.В. Деговцов и др.; патентообладатель ООО «Центр образования, науки и культуры имени И.М. Губкина»; № 2018127884; заявл. 30.07.2018; опубл. 12.09.2019; Бюл. № 26. 10 с.
References:
1. Ivanovsky V.N., Sabirov A.A., Salikhova A.R. et al. Development of a Digital Field Through the Use of the Block of Intellectualization of the Lower Level of Wells. Neftegaz.RU. 2019;6(90):16-21. (In Russ.)
2. Suchok S., Shalinov A., Kryukov M. LIFE-FIELD - a Pilot Project of LUKOIL to Create an Intelligent Field on the Basis of International Assets in the Development and Production of Hydrocarbons. Neftegazovaya vertical [Oil and Gas Vertical]. 2016;(6):110-115. (In Russ.)
3. Sabirov A.A., Ivankovskiy V.N., Gerasimov I.N. et al. Software Package «Avtotehnolog» - an Element of the Import Substitution System Software for the Oil Industry in Russia. Territorija "NEFTEGAS" [Oil and Gas Territory]. 2016;(11):22-26. (In Russ.)
4. Ivanovskiy V.N., Sabirov A.A., Gerasimov I.N. et al. Intelligent Hardware and Software Systems Protect Downhole Equipment from Salt Deposits. Territorija "NEFTEGAS" [Oil and Gas Territory]. 2015;(4):20-24. (In Russ.)
5. Ivanovsky V.N., Sabirov A.A., Donskoy Yu.A. et al. Intelligent Systems for Determining the Flow Rate of a Well and Combating Complicated Conditions. Inzhenernaya praktika [Engineering practice]. 2016;(10-11). (In Russ.)
6. Sabirov A.A. New Developments in Oil Production Techniques and Technologies. Inzhenernaya praktika [Engineering practice]. 2017;(1-2). (In Russ.)
7. Method of Well Operation Optimization Equipped with a Downhole Pump: patent RU2700149C1; IPC E21B 47/10, E21B 47/06 / Ivanovsky V.N., Sabirov A.A., Donskoy Yu.A. et al; patent holder Center for Education, Science and Culture named after I.M. Gubkin LLC; No. 2018127884; appl. 30.07.2018; publ. 12.09.2019; Bull. No. 26, 10 p. (In Russ.)
26
№ 9-10 октябрь 2020 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
