CC BY
21Е.Ю. Спирин, заместитель начальника отдела АСУ ТП НГД ООО «РН-Информ»
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И БЕЗОПАСНОСТИ ВАНКОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ
Ванкорское месторождение расположено в северной части Восточной Сибири на территории Красноярского края. Оно находится вблизи границы с Западной Сибирью (Ямало-Ненецкий автономный округ). Месторождение введено в эксплуатацию в августе 2009 года. В торжественной церемонии начала промышленной добычи принял участие Председатель Правительства РФ Владимир Владимирович Путин.
Извлекаемые запасы Ванкора оцениваются в настоящее время (по состоянию на июль 2010г.) в 522,3 млн. тонн нефти и газового конденсата (плюс 106 млрд. кубометров газа). Предполагается, что доразведка лицензионных участков вокруг месторождения позволит прирастить запасы провинции еще примерно на 200 млн. тонн нефти и 169 млрд. кубометров газа.
По состоянию на июль 2010 года на месторождении добывается свыше 36 тыс. тонн нефти в сутки, количество добывающих скважин доведено до 102. Всего на месторождении будет пробурено 425 эксплуатационных скважин, из них 307 - горизонтальные. Особый статус проекта разработки Ванкорского месторождения для ОАО «НК «Роснефть» предопределил повышенные требования к комплексной системе автоматизации технологических процессов, Автоматизированной Системе Управления и Безопасности Ванкорской группы месторожедний с системой внешнего транспорта нефти и сооружениями узла подключения к системе магистральных нефтепроводов ОАО «Транснефть» (далее АСУБ Ванкор).
Масштабы автоматизации Ванкорского месторождения можно оценить по количеству контролируемых и управляемых
параметров (сигналов), которое приведено в табл.1.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСУБ ВАНКОР
Запуск Ванкорского месторождения в эксплуатацию состоит из 4-х этапов:
1 этап — 0-ой пусковой комплекс;
2 этап — 1-ый пусковой комплекс;
3 этап — 2-ой пусковой комплекс;
4 этап — комплекс производительностью 33 млн. т. нефти в год.
Таблица 1
Ввод в эксплуатацию АСУБ Ванкор взаимосвязан с запуском технологических объектов. В связи с этим проект АСУБ Ванкор описывает 2 варианта структуры АСУБ:
1. АСУБ Ванкор временной схемы запуска соответствует этапу «0-ой пусковой комплекс»;
2. АСУБ Ванкор постоянной схемы соответствует этапу « комплекс производительностью 33 млн. т. нефти в год».
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ ВАНКОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ: КОЛИЧЕСТВО СИГНАЛОВ:
Площадки кустов скважин (35 шт.) ~ (35 * 1000)
Нефтесборные коллекторы и нефтепроводы (50 узлов СОД и крановых площадок) ~ 50 * 200
Установка предварительного сброса воды - Юг (УПСВ Юг) ~ 3500
Установка предварительного сброса воды - Север (УПСВ-Север) ~ 3500
Опорная база промысла (ОБП) ~ 1100
Центральный пункт сбора (ЦПС) ~16000
Линейная часть магистрального нефтепровода (ЛЧМН) (545 км.) ~ 5000
Головная нефтеперекачивающая станция (ГНПС) ~ 2000
Нефтеперекачивающие станции 1-4 (НПС 1-4) ~ (4 * 3000)
Концевая нефтеперекачивающая станция (КНПС) ~ 3700
Установка подготовки газа, куст газовых скважин ~ 700
Всего: ~ 93000
Промежуточные пусковые комплексы в части АСУБ отличаются составом и количеством объектов автоматизации. Технические решения, принятые для организации АСУБ для данных объектов, выбраны однотипными. При выполнении проектных работ по АСУБ ставится задача создания современного автоматизированного высокоэффективного производства, характеризующегося следующими критериями:
• обеспечение высокой производительности труда;
• минимизация затрат на создание системы;
• минимизация эксплуатационных расходов;
• обеспечение требований законодательства по безопасности труда и охране окружающей среды. Выполнение этих задач возможно обеспечить, заложив в проектные решения архитектуру «интеллектуального предприятия».
Архитектура «интеллектуального предприятия» характеризуется совокупностью следующих признаков:
• внедрение «безлюдных» технологий с помощью средств интеллектуальных КИПиА;
• обеспечение удаленного мониторинга и управления технологическим процессом с помощью современных SCADA-систем и распределенных систем управления (DCS);
• создание единого информационного пространства Ванкорского месторождения на основе базы данных реального времени для всех технологических параметров;
• расширение «интеллекта» АСУ ТП с целью обеспечения своевременного прогнозирования потенциальных проблем и предотвращения поломок оборудования (прогностическое управление ремонтами и техобслуживанием);
• интеграция АСУБ с системами верхнего уровня («РН-Добыча. Техрежим скважин», ТИС-Добыча, SAP R/3). Генеральным подрядчиком по проектированию АСУБ Ванкор является «НК «Роснефть» - Научно-Технический центр». Организация выполнения проектных работ по АСУБ была выбрана следующая:
1. На первом этапе разрабатываются технические требования (ТТ) к системе и ее компонентам. Основная цель - на базе разработанных ТТ уже на начальном этапе выбрать единого поставщика системы, обладающего соответствующим опытом реализации подобных проектов на уровне компании с мировым именем, сформулировать требования в части АСУ ТП к поставщикам комплектно поставляемых модулей и оборудования. Это позволяет минимизировать длительность и стоимость проектных работ, снизить проектные риски, добиться типизации всей номенклатуры оборудования и - как следствие - минимизировать стоимость эксплуатационных издержек.
2. На втором этапе на тендерной основе Департаментом информационных технологий ОАО «НК «Роснефть» и ЗАО «Ванкорнефть» выбирается единый поставщик системы.
3. Третий этап - подготовка технического задания (ТЗ) на систему. Срок окончания работ устанавливается в соответствии с утвержденным графиком. При этом до конца 2006 г. опреде-
ляется бюджет проекта (с точностью 10%-15% ).
4. Четвертый этап - разработка в соответствии с утвержденным графиком рабочей проектной документации (РД).
5. Пятый этап - поставка оборудования и выполнение строительно-монтажных работ силами поставщика системы (шеф-монтаж) Красноярского филиала ООО «РН-Информ» и субподрядчиков в соответствии с утвержденным графиком.
6. Шестой этап - ввод системы в эксплуатацию и дальнейшее техническое обслуживание силами Красноярского филиала ООО «РН-Информ».
Одна из важнейших особенностей Ванкорского месторождения, которую необходимо было учитывать при проектировании АСУБ, - крайне низкие температуры окружающей среды: до -600С. Для исключения негативного влияния крайне низких температур на работу средств автоматизации (СА) (датчиков, исполнительных механизмов) были заложены специальные проектные решения, такие как низкотемпературные кабели, максимально возможное размещение СА в отапливаемых помещениях, обогрев импульсных трубок приборов, размещенных на открытом воздухе, с помощью греющего кабеля, обогреваемые боксы-чехлы на приборы. При создании АСУБ Ванкорского месторождения с целью сокращения объемов и сроков проектных работ, сокращения в дальнейшем объемов и сроков пуско-наладочных работ проектными организациями и Департаментом Информационных технологий ОАО «НК «Роснефть» было принято реше-Таблица 2
ние о применении в составе АСУБ на крупных технологических площадках собственных систем автоматизации в составе блочно-поставляемого технологического оборудования. Примеры блочно-поставляемого оборудования: нефтегазоводоразделитель с прямым подогревом (НГВРП), магистральная насосная, блоки дозирования химреагента, путевые подогреватели, печи трубчатые блочные прямого нагрева нефти. Системы автоматизации блочно-поставляемого оборудования состоят из КИПиА, исполнительных механизмов под управлением собственных контроллеров от разных производителей. С целью интеграции систем автоматизации блочно-поставляемого оборудования с АСУБ Ванкор были разработаны единые технические требования, выполнение которых обязательно для поставщиков этих систем. Основой технических требований является наличие аппаратного интерфейса RS-485 в контроллере и поддержка программным обеспечением контроллера протокола Modbus RTU.
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ АСУБ ВАНКОР
НАЗНАЧЕНИЕ АСУБ ВАНКОР
АСУБ Ванкор предназначена для автоматизации работы технологических объектов и системы жизнеобеспечения Ванкорского месторождения:
• централизованного автоматизированного управления технологическим процессом добычи, подготовки, хранения и перекачки нефти по трубопроводу;
• управления энергетическим комплексом и системами жизнеобеспечения;
• защиты и своевременной остановки технологического процесса при угрозе аварии, а также ее локализация по заданным алгоритмам;
• контроля состояния пожарной и газовой обстановки.
СОСТАВ АСУБ ВАНКОР
АСУБ Ванкор состоит из четырех основных систем:
• распределенная система управления (далее РСУ);
• система противоаварийных защит (далее ПАЗ);
• система управления техническим обслуживанием и ремонтами оборудования (СТОиР);
• комплексная информационно-управляющая система (КИУС). Подсистема РСУ предназначена для контроля и управления технологическими процессами.
Подсистема ПАЗ предназначена для обеспечения останова оборудования или перевода его в безопасное состояние при нарушении нормального хода технологического процесса. Подсистема СТОиР предназначена для дистанционной диагностики состояния, учета наработки, статистики отказов полевого оборудования и планирования технического обслуживания. Подсистема КИУС предназначена для решения задач планирования, аналитической обработки данных, оперативного контроля и анализа производственных процессов добычи, подготовки и транспорта нефти на месторождении Ванкор, формирования отчетности для управленческого персонала. Аппаратное и программное обеспечение подсистем АСУБ Ванкор распределено по 12 территориальным зонам - объектам, приведенным в табл.2. В рамках каждой из зон №№1ч-10 представлены подсистемы РСУ, СТОиР и КИУС. В зонах №11,12 АСУБ Ванкор представлена только подсистемой КИУС.
ВЫБОР КИПИА
Одним из основных требований к КИПиА является наличие цифрового протокола связи с контроллером поддерживаемого РСУ DeLtaV -Foundation FieLdbus и HART. Сеть передачи данных между РСУ и КИПиА на основе интерфейса Foundation FieLdbus построена по то-
НОМЕР ЗОНЫ УПРАВЛЕНИЯ НАИМЕНОВАНИЕ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
Зона 1 ЦДП, ОБП
Зона 2 ЦПС
Зона 3 ГНПС
Зона 4 УПСВ-С, кусты скважин, НКиН северной группы
Зона 5 УПСВ-ЮГ, кусты скважин, НКиН северной группы
Зона б НПС-1 и НПС-1А
Зона 7 НПС-2 и НПС-2А
Зона 8 НПС-3
Зона 9 НПС-4
Зона 10 КНПСиЛЧМН
Зона 11 Уровень управления предприятием. Красноярск.
Зона 12 Уровень управления компанией. Москва.
Рис. 1 Структурная схема КИУС Ванкорского месторождения
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ автоматизация \\ 15
пологии звезда с размещением взрыво-защищенной соединительной коробки на технологическом объекте. Применение при проектировании РСУ Ванкор цифровых каналов связи контроллеров РСУ с оборудованием КИПиА и исполнительными механизмами и протокола Foundation FieLdbus (по сравнению с аналоговыми каналами связи) позволило сократить объемы проектирования, значительно сократить затраты на кабельную продукцию, сократить объемы работ по прокладке кабелей. Также значительно сократились объемы и сроки пуско-наладочных работ за счет возможности дистанционной калибровки датчиков. Уменьшилось количество и стоимость шкафов РСУ за счет использования меньшего числа контроллерных модулей.
ФУНКЦИИ РСУ ВАНКОР:
• автоматизированный сбор и первичная обработка информации;
• автоматическое выполнение расчетов;
• вывод данных на печать;
• автоматическое составление отчетов и рабочих (режимных) листов за определенные периоды времени;
Таблица 3
прием и обработка сигналов о загазованности;
• прием и отработка сигналов о пожаре, поступающих из СПС;
• накопление, регистрация и хранение поступающей информации;
• визуализация технологического процесса;
• управление технологическими режимами в реальном масштабе времени. ФУНКЦИИ ПАЗ ВАНКОР:
• контроль параметров, характеризующих аварийные состояния объекта автоматизации и технологического процесса;
• сигнализация, регистрация и архивирование отклонений параметров, срабатываний исполнительных механизмов ПАЗ, действия персонала и т.д.;
• оперативное обнаружение и локализация неисправностей и аварийных ситуаций путем формирования команд останова и блокировки пуска оборудования.
РСУ Ванкор реализуется на основе следующих продуктов компании Emerson:
• программно-технический комплекс (далее ПТК) DeLtaV для площадных технологических объектов;
• контроллеры удаленного ввода/вывода ROC для распределенных технологических объектов, например, узлы СОД и крановые площадки внутрипромысло-вых трубопроводов и ЛЧМН.
В составе ПТК Delta V используются:
• контроллеры Delta V;
• подсистема ввода/вывода DeltaV;
• серверы (конфигурационный,архивный, интеграционный и т.д.);
• рабочие станции (начальника смены, операторская, инженерная и т.д.);
• сетевое оборудование основной и резервной сетей управления DeltaV (основной и резервированные коммутаторы, шлюзы безопасности и т.д.);
• программное обеспечение DeltaV версии 10.
В составе ПТК ROC используются:
• контроллеры ROC;
• модули ввода/вывода ROC;
• коммуникационное оборудование;
• программное обеспечение для конфигурирования ROC Link текущей версии.
Основные характеристики РСУ DeltaV, которыми был обусловлен её выбор для Ванкорского месторождения:
• реализация распределенного управления (PLC-PLC);
ОБЪЕКТ 1 ОБЪЕКТ 2 ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ КАНАЛА СВЯЗИ СРЕДА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
ЦПС ОБП 100 Мбит ДА Оптоволокно
УПСВ-С ОБП 10 Мбит ДА РРЛ
УПСВ-Ю ОБП 10 Мбит ДА РРЛ
Кусты скважин/ Промысловые СОД УПСВ-С, УПСВ-Ю 10 Мбит НЕТ ШьМах
ГНПС ОБП 100 Мбит ДА Оптоволокно
НПС-1 КНПС 2 Мбит ДА РРЛ
НПС-2 КНПС 2 Мбит ДА РРЛ
КНПС ОБП 10 Мбит ДА РРЛ
Узлы ЛЧМН КНПС 512 Кбит ДА РРЛ, ШьМах
Операторная базы ГСМ Операторная насосной ГСМ 100 Мбит ДА Оптоволокно
АБК ОБП Операторная базы ГСМ 100 Мбит ДА Оптоволокно
Операторная базы ГСМ Операторная временного товарного парка 100 Мбит ДА Оптоволокно
АБКОБП Насосная реки Б. Хета Куст газовых скважин 10 Мбит НЕТ ШьМах
Сервер КИУС ОБП Сервер КИУС Красноярск 512 Кбит НЕТ Спутник
Сервер КИУС Красноярск Сервер КИУС Москва 512 Кбит НЕТ Спутник наземные линии связи
• распределенная БД реального времени;
• управление «алармами» в масштабах всей системы;
• централизованный контроль доступа;
• диагностика системы и полевого КИП;
• расширение и обновление в «горячем» режиме;
• встроенная регистрация последовательности событий с меткой времени;
• резервирование;
• автоматическая инициализация новых компонентов;
• использование цифровых полевых шин;
• распределенная БД конфигурации;
• интеграция трендов и событий реального времени в едином приложении.
ФУНКЦИИ стоир ВАНКОР:
• автоматизация настройки и калибровки датчиков производственного процесса;
• автоматизация диагностики, настройки и прогноз работоспособности арматуры производственного процесса;
• диагностика и прогноз работоспособности машин производственного процесса;
• формирование и хранение архива о работе оборудования;
• формирование рапортов о работе и состоянии оборудования;
• хранение расписания регламентных работ и сигнализация о просроченных работах;
• выдача аварийных сигналов в РСУ Ванкор;
• обмен информацией с системами верхнего уровня (MES, ERP). Система технического обслуживания и ремонта СТОиР реализуется на базе программного продукта AMS Suite компании Emerson.
СТОиР Ванкор представляет собой единую, интегрированную с РСУ и КИУС систему и состоит из следующих функциональных компонентов:
• система управления техническим обслуживанием «интеллектуальных» устройств КИПиА, работающих по протоколу HART и FOUNDATION FieLdbus;
• система управления техническим обслуживанием вращающегося оборудования;
СТОиР Ванкор включает в себя сле-
дующие программные и технические средства:
• ПО AMS Device Manager, Server+ (установлен на интеграционном сервере СТОиР и КИУС);
• АРМ мастера КИП и А.
В составе СТОиР на ОБП, кроме упомянутых средств, дополнительно установлены:
• сервер СТОиР Asset Portal;
• рабочие места СТОиР (офисные компьютеры - клиенты AMS).
На КНПС и на АРМ СТОиР Вибродиагностика установлено ПО AMS Machinery Health Manager (серверное и клиентское ПО).
ФУНКЦИИ КИУС ВАНКОР:
Цель создания КУИС Ванкор - повышение эффективности управления производством за счет:
• создания единого информационного пространства (сбор и интеграция данных АСУ ТП, лабораторных систем, источников ручного ввода);
• создания долговременного хранилища производственной информации;
• аналитической обработки технологических данных;
• автоматизированого расчета материальных балансов;
• учета наработки оборудования;
• формирования отчетности о работе оборудования;
• прогнозирования и анализа аварийных ситуаций;
• мониторинга режимов потребления электроэнергии;
• расчета балансов потребления электроэнергии;
• расчета удельного потребления электроэнергии на тонну добытой нефти;
• интеграции с АСУ предприятия (РН-OIS, SAP);
• мониторинга ИТ-инфраструктуры. КИУС Ванкор представляет собой многоуровневую систему и состоит из следующих основных функциональных подсистем (рис. 1):
• подсистема сбора данных;
• подсистема хранения и обработки информации;
• подсистема прикладных задач;
• подсистема представления информации;
• рабочие места КИУС (клиенты). Функции КИУС Ванкор делятся на базовые функции и прикладные функции
автоматизации задач управления производством. Базовыми подсистемами реализуется автоматизация следующих задач:
• сбор производственной информации реального времени, включая ручной ввод;
• обработка, структуризация и хранение данных реального времени;
• представление производственно-технологической информации в едином пользовательском интерфейсе;
• администрирование, конфигурирование и мониторинг работы компонентов КИУС Ванкор.
Прикладные функции автоматизации задач управления производством КИУС реализуются подсистемами автоматизированного анализа производственной информации с использованием специализированных интеллектуальных алгоритмов, включающих математические модели производства, на уровне управления нефтепромыслом в Центральной диспетчерской службе Ванкорского месторождения на ОБП и на уровне управления предприятием в Красноярске.
СИСТЕМА СВЯЗИ ВАНКОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Эффективное использование всего потенциала современного оборудования КИПиА, программного обеспечения РСУ, СТОиР и КИУС требовало создания современной системы связи, позволяющей обеспечить требуемую пропускную способность и надежность каналов передачи данных. Характеристики каналов связи АСУБ приведены в таблице 3.
ОПЫТ ООО «РН-ИНФОРМ»
В ходе работ над проектом АСУБ Ванкорского месторождения ООО «РН-Информ» получен уникальный опыт управления крупным проектом комплексной автоматизации нефтегазодобывающего предприятия «с нуля» с применением самых современных технологий. Был выполнен большой объем работы, включая анализ рынка поставщиков технических решений и услуг, проектирование компонентов Системы, поставки оборудования и материалов, пуско-наладочные работы, приемка системы в эксплуатацию. Ванкорское месторождение - образец успешного решения задач автоматизации нефтегазодобывающего предприятия на мировом уровне.
