На сегодняшний день на рынке нефтегазового сектора доступно большое количество программных комплексов для моделирования технологических процессов подготовки нефти. Модели, описывающие процесс сепарации в оборудовании, являются упрощенными. В применяемых моделях вручную задаются коэффициенты степени уноса нефти и воды. Степень уноса в модели сепаратора не меняется от расхода и рабочего межфазного уровня, давления и температуры. Для решения этих проблем на рынке начинает формироваться новый тренд по физико-математическому моделированию поставляемого оборудования.
Модели технологического оборудования трехфазной сепарации водонефтяной эмульсии и газа должны позволить учитывать реальные технологические режимы (рабочее давление, температура, уровень общий, межфазный) и конструктивные параметры сепарационного оборудования. Результатами расчета должна быть остаточная обводненность нефти на выходе из аппарата, остаточное нефтесодержание воды, качество газа сепарации (уносы жидкости с газом). Инструмент должен позволить производить калибровку расчетной модели в соответствии с реальным режимом сепарации, основываясь на лабораторных исследованиях продуктовых потоков.
Опыт Компании «ОЗНА» в моделировании процессов 3-х фазной сепарации
Для развития математического моделирования Компания «ОЗНА» сделала первые шаги в разработке технологических моделей сепарации. Ими проанализированы существующие на рынке пакеты по моделированию тех. процессов, изучена существующая отечественная и зарубежная литература. По результатам изучения компания сформировала прототип модели 3-х фазного сепаратора. Прототип опробован в промысловых условиях. В ходе испытаний сходимость с реальными значениями по обводненности нефти составила до 0,3 % (в абсолютных значениях разницы анализов лабораторных проб и результатов расчета модели). В перспективе компанией ожидается формирование математических моделей на изготавливаемое ими технологическое оборудование.
В зависимости от решаемых задач и уровня первоначальной оснащенности объекта ОЗНА развивает три уровня модулей OZNA DiMod:
Базовый уровень модуля расчетов режимов УПН OZNA DiMod
Базовый уровень предусматривает работу на стандартной АСУТП. На данном уровне используется статическая математическая модель процесса. Исходные данные, перед загрузкой в цифровую модель, проходят определенную подготовку и далее по ним проводится расчет текущего режима установки. Задавая определенные входные или выходные параметры, оператор имеет возможность определить, как реагирует технологический процесс на заданные величины. Тем самым, можно, на основе сценарного прогнозирования, вручную перебором рассчитать режимы альтернативные текущему, чтобы добиться более высоких показателей качества на выходе с аппаратов, более высокой производительности установки.
Расширенный уровень модуля расчета режимов УПН OZNA DiMod
Расширенная модель отличается от базовой тем, что самостоятельно, по заданным оператором критериям, рассчитывает несколько оптимальных вариантов режимов, альтернативных текущему режиму. Из предложенных вариантов оператор установки выбирает наиболее, по его мнению, предпочтительный и далее проводит перевод установки из текущего режима в рассчитанный. Для данного уровня предполагается использовать динамическую математическую модель процесса, учитывающую переходные процессы. По сравнению с Базовым уровнем, Расширенный уровень требует большего оснащения приборами КИПиА и компонентами дистанционного управления.
Продвинутый уровень модуля расчета режимов УПН OZNA DiMod
Продвинутая модель позволяет полноценно управлять технологическим процессом почти без участия человека. Оптимальный режим работы установки по расширенному набору заданных критериев и ограничений подбирается модулем в реальном времени. Далее, рассчитанные установки параметров управления передаются в систему автоматизации для поддержания требуемых характеристик. Для функционирования модели необходимо оснащение объекта дополнительными устройствами дистанционного управления, а также расширенная загрузка исходных данных. Перевод управления оператору может быть реализован в случае нестандартной ситуации которая не предусмотрена алгоритмами математической модели.
На сегодняшний день модули расчета УПН OZNA DiMod находятся на стадии прототипа. На этапе проработки находятся работы по оптимизации режимов работы и анализу инцидентов на объекте. В перспективе ожидается проработка вопросов, касающихся предиктивной онлайн диагностики неисправностей, поиску неисправностей, системе рекомендаций по модернизации установки и план-фактный анализ.
Для работы модулей необходимо соответствующее оснащение объекта приборами КИПиА (расходомеры, плотномеры, пробоотборные устройства, регулирующие клапаны с дистанционным приводом и т.д.). Особо стоит отметить, что для полноценного функционирования системы можно считать обязательным требование по оснащению технологических аппаратов расходомерами на отходящих линиях (газ, нефть, вода), т.к. без этих приборов крайне затруднен расчет загрузки аппаратов в текущем режиме и калибровка матмодели. При этом, должны быть учтены возможности контроллеров для подключения каналов КИПиА, производительность контроллеров, обеспечение линий связи, возможности системы энергоснабжения (для обеспечения питания электроприводов регулирующих устройств). Поэтому, данное требование необходимо учитывать при развертывании интеллектуальных систем управления процессами на существующих установках и при проектировании строящихся объектов.
